Dioda Laser: Pengertian, Fungsi, Gambar Simbol, Cara Kerja

Dioda laser adalah komponen yang dapat memancarkan radiasi kohern dalam bentuk spektrum sinar inframerah. Sepintas, dioda laser terlihat seperti jenis dioda lain pada umumnya. Hal yang membedakan adalah karena pada fase tertentu dioda ini dapat memancarkan sinar inframerah yang terang dan terfokus.

Kegunaan dioda laser sebenarnya sudah banyak diaplikasikan untuk berbagai keperluan. Mulai dari bidang medis, teknologi, telekomunikasi dan banyak lainnya.

Pada artikel kali ini, kita akan membahas secara tuntas mengenai apa itu dioda laser. Mulai dari pengertian, fungsi, jenis, gambar simbol, pengaplikasian, hingga cara kerjanya. Jangan lewatkan informasinya di bawah ini!

Pengertian Dioda Laser

Dioda laser adalah jenis dioda yang pada fasa tertentu dapat menghasilkan radiasi kohern yang berbentuk spektrum inframerah. Dioda laser dalam bahasa Inggris sering disebut juga sebagai laser diode.

Ketika arus listrik yang berasal dari satu sumber tegangan berada pada frekuensi dan fasa yang sama, maka gelombang tersebut akan menghasilkan radiasi kohern. Lalu tahapan selanjutnya yakni membentuk spektrum inframerah.

Ketika sebuah alat memancarkan sinar inframerah, maka proses pemancaran yang terstimulasi itu akan menghasilkan radiasi elektromagnetik.

Namun, sinar laser yang dihasilkan alat tersebut bisa dibilang juga sangat beragam. Ada yang bisa kita lihat dengan mata telanjang dan ada juga yang tidak. Artinya, memang membutuhkan alat bantu khusus untuk bisa melihat sinar laser yang tercipta nantinya.

Apa Saja Fungsi Dioda Laser?

Hal yang membedakan dioda laser dengan dioda lain pada umumnya adalah dari cahaya laser yang dihasilkan. Pada laser diode, energi listrik yang masuk dapat langsung diubah menjadi energi cahaya.

Light Amplification by Stumulated Emission of Radiation atau yang juga dikenal dengan istilah laser. Dimana hal tersebut merupakan cahaya yang dihasilkan dari stimulasi emisi foton.

Emisi foton yang terstimulasi akan menghasilkan cahaya laser yang memiliki panjang gelombang, koheransi dan fase yang sama.

Ciri khas yang lainnya, cahaya laser yang yang keluar sebagai output tidak menyebar, melainkan terpancar lurus dan terfokus. Inilah mengapa pada proses akhirnya juga menghasilkan energi panas yang tinggi.

Gambar Simbol Dioda Laser

Pada rangkaian elektronika, simbol dioda laser juga mempunyai lambang gambar yang mudah dikenali. Adapun simbol dioda laser akan dilambangkan melalui ilustrasi pada gambar berikut:

Cara Kerja Dioda Laser

Pada umumnya, cara kerja dioda laser dibedakan menjadi 3 bagian.

Simak pembahasan lebih detail dari setiap prinsip kerja dioda laser yang ada dibawah ini:

1. Penyerapan Energi

Pada saat dioda menerima arus listrik, maka secara otomatis PN junction (persimpangan PN) akan menyerap energi listrik yang masuk. Dimana energi listrik yang masuk pada PN junction nantinya akan diubah agar bisa bertransisi menuju tingkat yang lebih tinggi.

PN junction adalah komponen yang berfungsi untuk tempat bagi hole dan elektron. Ketika arus listrik yang masuk pada persimpangan PN bertransisi, maka elektron akan tereksitasi.

Setelah elektron tereksitasi, selama beberapa waktu elektron ini tidak akan bergabung dengan hole. Proses inilah yang umumnya disebut dengan recombination time. Dan yang perlu diketahui bahwa proses elektron tereksitasi, biasanya hanya terjadi selama beberapa nano detik saja.

2. Emisi Spontan

Setelah proses recombination time berakhir, selanjutnya elektron dan hole akan bergabung di PN junction. Proses penggabungan antara elektron dan hole ini akan membentuk transisi, yaitu transisi penggabungan elektron dari tingkat tinggi menuju tingkat rendah.

Ketika transisi ini berlangsung, foton dan radiasi elektromagnetik akan dihasilkan. Pancaran foton dan radiasi elektromagnetik yang dihasilkan dari emisi spontan inilah yang nantinya akan menghasilkan cahaya dan dikeluarkan oleh dioda laser.

3. Emisi Terstimulasi

Untuk menghasilkan cahaya monokromatik yang lebih kuat, maka dibutuhkan lebih banyak foton kohern yang akan dipantulkan dibandingkan dengan yang diperlukan pada proses emisi spontan. Oleh sebab itu, kita membutuhkan proses emisi yang terstimulasi.

Untuk memantulkan foton kohern yang lebih banyak, maka cermin pantul akan ditempatkan pada dua sisi dioda. Adanya cermin pantul ini membantu membuat foton yang berasal dari emisi spontan terperangkap dalam PN junction.

Ketika foton yang terperangkap sudah mencapai batas maksimal, maka foton akan melepaskan diri dan keluar sebagian. Output foton inilah yang nantinya akan menghasilkan pancaran radiasi monokromatik yang cerah dan kuat.

Jenis – jenis Dioda Laser

Dioda laser merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. Dibandingkan dengan jenis dioda biasa, cahaya yang dihasilkan oleh dioda laser memiliki beam dengan intensitas yang lebih tinggi.

A. Jenis Dioda Berdasarkan Cara Kerjanya

Berdasarkan cara kerjanya, jenis dioda laser dibedakan menjadi dua, yaitu :

1. Injection Laser Dioda (ILD)

Jenis yang pertama adalah Injection Laser Dioda (ILD). Sebenarnya hampir sama dengan teknologi LED (Light Emitting Dioda), ILD juga dibuat untuk mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.

Pada ILD kita akan menemukan penggunaan waveguide dalam kontruksinya. Waveguide ini merupakan kanal sempit yang panjang dan memiliki ujung reflektif.

Pada waveguide, cahaya yang mengalir akan melalui PN junction (persimpangan PN). Cahaya yang mengalir pada PN junction ini berasal dari pancaran foton.

Cahaya yang masuk pada persimpangan PN akan diperkuat, lalu direfleksikan pada waveguide. Untuk selanjutnya akan diubah menjadi cahaya yang mengandung emisi terstimulasi yang siap dipancarkan keluar.

2. Optically Pumped Semicondutor Laser (OPSL)

Optically Pumped Semicondutor Laser (OPSL) adalah dioda yang berfungsi sebagai sumber pompa. OPSL biasanya menggunakan chip semikonduktor yang berfungsi sebagai media optik.

Chip yang digunakan adalah chip semikonduktor dengan tipe III-V. Chip semikonduktor ini difungsikan sebagai dasar yang membantu menguatkan optic dan sekaligus sebagai sumber pompa.

Dioda laser jenis OPSL memiliki beberapa keunggulan dibandingkan versi ILD. Diantaranya yaitu karena adanya opsi pemulihan panjang gelombang. Dimana proses pemulihan tersebut akan berakibat pada minimnya gangguan yang terjadi pada struktur elektroda internal.

B. Jenis Dioda Berdasarkan Strukturnya

Selain berdasarkan cara kerjanya, jenis dioda laser juga dibedakan berdasarkan struktur kontruksinya. Diantara jenis struktur dioda laser adalah:

1. Double Heterostrucktur

Disebut sebagai dioda double heterostrucktur adalah karena jenis dioda laser yang satu ini memiliki struktur selubung ganda. Jadi, dua jenis lapisan selubung dengan bahan yang berbeda akan ditempatkan pada persimpangan PN.

Karena penggunaan selubung ganda pada kontruksinya, maka dioda double heterostrucktur ini memiliki beberapa kelebihan. Salah satunya yaitu membuat penguatan optik yang dihasilkannya menjadi lebih besar.

2. Quantum Well

Jenis dioda laser selanjutnya adalah quantum well atau dioda sumur quantum. Disebut demikian karena pada kontruksinya, dioda laser jenis ini memiliki lapisan tipis yang terletak di bagian tengah dan berfungsi sebagai sumur quantum.

Untuk bisa mendapatkan energi quantum, elektron terlebih dahulu harus melalui proses transisi. Yaitu, bertransisi dari energi yang lebih tinggi menuju ke yang lebih rendah.

Dibandingkan dengan dioda double heterostrucktur, dioda quantum well ini memiliki keunggulan. Salah satu keunggulannya yaitu memiliki tingkat efisiensi yang lebih baik.

3. Separate Confiment Heterostrucktur

Separate compfiment heterostrucktur merupakan tipe perbaikan dari quantum well. Berbeda dengan dioda quantum well, untuk komponen sumur quantum yang dimilikinya berbentuk lebih kecil dan tipis. Sedangkan tipe separate compfiment heterostrucktur ini dibuat dengan sistem selubung ganda yang terpisah.

Sumur kuantum yang tipis dan kecil berimbas pada pemancaran cahaya yang kurang efektif. Oleh karena itu, penciptaan dioda yang satu ini bertujuan untuk menyempurnakan struktur dioda yang sebelumnya, sehingga fungsinya menjadi lebih maksimal.

Jadi pada tiga lapisan awal yang terdapat pada dioda, akan ditambahkan sistem selubung ganda. Tujuannya adalah untuk menciptakan sistem indeks bias yang kecil, serta membantu pancaran cahaya yang dihasilkan agar lebih efektif.

4. Vertical Cavity Surface Emitting

Jika pada tiga dioda sebelumnya letak rongga optik berada pada posisi tegak lurus dengan aliran arus listrik. Maka pada Vertical Cavity Surface Emitting tidak demikian. Pada dioda laser yang satu ini, letak rongga optik berada disepanjang sumbu aliran arus.

Kontruksi Dioda Laser

Untuk dapat bekerja dan berfungsi maksimal, hal tersebut tidak terlepas dari peran komponen-komponen penyusun dioda laser.

Adapun komponen-komponen penyusun dioda laser adalah:

• Kontak logam
• Semikonduktor tipe P
• Intrinsik layer (area aktif)
• Semikonduktor tipe N
• Kontak logam

Kegunaan Aplikasi Dioda Laser

Dioda laser dapat kita temukan penggunaan pada berbagai bidang. Adapun beberapa kegunaan dioda laser adalah sebagai berikut:

1. Kegunaan dioda laser pada bidang medis

Fungsi dioda laser pada bidang medis sangat umum kita temukan. Hal tersebut dikarenakan penggunaan laser dianggap lebih efektif dibandingkan pisau bedah.

Contoh penggunaan dioda laser untuk keperluan medis diantaranya, yaitu :

• Untuk menghilangkan sel-sel abnormal dalam tubuh.
• Untuk alat penunjang pada proses pengobatan gigi.
• Menghilangkan sel kanker dengan fluoresensi dan lain sebagainya.

2. Kegunaan dioda laser pada bidang industri

Pada bidang industri, penggunaan dioda laser juga sering dibutuhkan. Beberapa kegiatan seperti memotong, mengebor, ataupun mengelas akan lebih efektif dengan bantuan laser.

3. Kegunaan dioda laser pada bidang telekomunikasi

Pengaplikasian dioda laser pada bidang telekomunikasi juga sering ditemukan. Contohnya digunakan untuk komunikasi serat optik, sistem fiber optik dan lain-lain.

Keunggulan Dioda Laser

Dibandingkan dengan jenis teknologi penghasil laser lainnya, dioda laser memiliki lebih banyak keunggulan. Berikut nilai lebih penggunaan dioda laser yang digunakan pada berbagai bidang:

1. Intensitas Rendah

Salah satu keunggulan dioda laser adalah karena memiliki intensitas rendah, namun juga memiliki efisiensi kohern output yang tinggi. Karena dua faktor tersebut, maka dioda lebih mudah untuk digunakan dalam aplikasi pengendalian maupun untuk modulasi komunikasi.

2. Wide Angel Beam

Laser konvensional pada umumnya memiliki bentuk lurus sehingga sulit dimodifikasi sudut kelebarannya.

Sedangkan pada dioda laser, sudut beam yang dimilikinya lebih lebar. Bentuk sinar yang lebar serta membentuk kerucut membuatnya lebih mudah untuk dimodifikasi.

3. Membutuhkan Arus Listrik Tegangan Rendah

Dioda laser tidak membutuhkan listrik tegangan tinggi seperti laser konvensional. Jadi, dioda laser tetap dapat digunakan meskipun dalam tegangan rendah.

4. Ukuran Kecil dan Ringan

Karena ukurannya yang kecil, dioda laser juga sering diaplikasikan pada perangkat elektronika portabel.

Ukuran dioda laser tidak hanya kecil, tetapi juga terbilang lebih ringan. Beberapa diantaranya bahkan hanya berukuran 1 mm dengan berat kurang dari 1 gram.

Kesimpulan

Dioda laser adalah komponen semikonduktor yang menghasilkan radiasi kohern dengan hasil akhir berupa sinar inframerah. Dioda laser berfungsi untuk mengonversikan energi listrik lalu mengubahnya menjadi energi cahaya.

Teknologi laser diode memberikan banyak sekali nilai lebih. Jadi tidak heran jika pengaplikasiannya dapat kita gunakan pada berbagai bidang, mulai dari industri, farmasi, hingga telekomunikasi.