Perpustakaan Digital ITB

Pengembangan medium gain laser yang berbasis pada bahan gelas merupakan topik yang sangat populer dan terus diteliti khususnya dalam bidang optik dan laser. Dalam penelitian ini dilaporkan pembuatan medium gelas yang didoping oleh ion aktif Nd3+ untuk diaplikasikan sebagai medium laser gelas pada rentang operasi near infrared (NIR). Penelitian ini bertujuan untuk membentuk medium gelas dengan cara menyisipkan ion aktif neodimium (Nd3+) ke dalam host matriks gelas dan mengamati sifat fisis, struktur dan optik medium tersebut. Selain itu, penelitian ini juga bertujuan untuk mendesain sistem pemompa optik yang berbasis pada laser diode untuk mengamati spektrum luminesensi medium gelas yang dikembangkan pada rentang near infrared. Tahapan akhir dari penelitian ini adalah mengamati kemungkinan cahaya lasing yang dihasilkan oleh medium Nd:Gelas dengan metode signal reference locked pada panjang gelombang 1064 nm. Host matriks gelas yang dikembangkan dalam penelitian ini berbasis pada gelas borat dan fosfat dengan masing-masing formula adalah (65-x)B2O3-15Na2O-10PbO-5ZnO-5Li2O -xNd2O3 (x = 0,0; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0; 2,0 dan 4,0 mol%) dan (50-x)P2O5-8Al2O3-12Na2O-10KF-10CaO -10CaF2-xNd2O3 (x = 0,0; 0,5; 1,0; 1,5 dan 2,0 mol%). Metode melt-quenching dengan suhu peleburan sampai dengan 1200 oC digunakan dalam proses pendopingan ion Nd3+ untuk memperoleh kehomogenan komposisi gelas. Untuk memperoleh informasi terkait struktur gelas, sifat-sifat optik dan radiatif lainnya maka dilakukan beberapa pengamatan dan pengukuran terhadap gelas yang dibangun. Pengukuran indeks bias dan kerapatan gelas masing-masing dilakukan dengan menggunakan Atago Refractometer dan prinsip Arcimedes. Karakteristik struktur setiap gelas juga diketahui dari hasil pengukuran yang menggunakan X-Ray Difractometer (XRD) dan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Sifat optik diantaranya pita serapan, celah pita energi (energy band gap) dan spektrum pita emisi setiap medium diamati dengan menggunakan UV-Vis-NIR tipe UV-3600 Shimadzu dan spektrofluorophotometer Quanta Master (QM-300) buatan Photon Technology International (PTI)-Horiba. Berdasarkan data-data hasil pengukuran sifat optik tersebut dapat diketahui beberapa parameter seperti halnya spektrum absorbsi, spektrum emisi, kekuatan osilator (f), intensitas spektroskopik ((simbol) 2, (simbol) 4 dan (simbol) 6), probabilitas transisi radiatif (AR), branching ratio (simbol r), lifetime (simbol), tampang lintang emisi (simbol e) dan efisiensi kuantum (simbol). Berdasarkan hasil pengukuran spektrum absorpsi pada medium gelas Nd:Foshat dan Nd:Borat diperoleh transisi pita serapan yang hampir sama yakni 4I9/2 (simbol) 4D3/2; 2P1/2; 2G9/2+4G11/2; 4G7/2; 2G7/2+ 4G5/2; 2H11/2; 4F9/2; 4F7/2; 4F5/2 dan 4F3/2. Namun pada medium gelas Nd:Fosfat muncul transisi baru 4I9/2 (simbol) 4D7/2+2I13/2 pada posisi panjang gelombang 329 nm untuk gelas dengan konsentrasi Nd3+ 1,5 mol% (PANCaFN3) dan 2,0 mol% (PANCaFN4). Dari spektrum absorpsi juga diketahui bahwa transisi 4I9/2 (simbol) 2G7/2+ 4G5/2 pada panjang gelombnag 582 nm merupakan transisi hipersensitif. Hal ini terjadi akibat ion-ion di dalam host matriks dapat menyerap cahaya secara maksimum pada panjang gelombang 582 nm untuk terjadinya eksitasi elektron dari level dasar ke level yang lebih tinggi. Penyisipan ion Nd3+ ke dalam sistem gelas Nd:Borat dan Nd:Fosfat telah menghasilkan emisi dengan transisi 4F3/2 (simbol) 4I9/2, 4F3/2 (simbol) 4I11/2 dan 4F3/2 (simbol) 4I13/2 di sekitar panjang gelombang 904 nm, 1064 nm dan 1330 nm untuk medium gelas Nd:Borat. Dari ketiga pita emisi telah diperoleh intensitas maksium pada transisi 4F3/2 (simbol) 4I11/2. Hasil tersebut menunjukkan bahwa medium gelas yang dikembangkan dalam penelitian ini dapat diaplikasikan sebagai medium laser untuk menghasilkan cahaya pada daerah mendekati infra merah. Berdasarkan eksperimen pemompaan optik yang berbasis pada laser dioda 805 nm telah diperoleh spektrum luminesensi yang dihasilkan oleh medium gelas Nd:Borat dan Nd:Fosfat. Adapun intensitas luminesensi yang dihasilkan oleh medium gelas Nd:Fosfat lebih tinggi jika dibandingkan dengan gelas Nd:Borat. Namun posisi puncak luminesensi gelas Nd:Borat dengan gelas Nd:Fosfat sedikit berbeda khususnya pada transisi 4F3/2 (simbol) 4I11/2 sebesar 7 nm. Hal ini disebabkan peningkatan kopel vibrasi antar ion-ion di dalam host, sehingga terjadi ketidak koherenan pada setiap foton ketika turun dari keadaan tereksitasi menuju keadaan metastabil dan berlanjut pada saat ter-emisi. Dari eksperimen ini juga diperoleh bahwa medium gelas Nd:Borat dan Nd:Fosfat yang dikembangkan mampu menguatkan sinyal cahaya laser khususnya pada panjang gelombang 1064 nm. Hal ini terlihat dari gain maksimum yang dihasilkan oleh medium gelas Nd:Borat dan Nd:Fosfat masing-masing sebesar 2,03 dB (BNPZLiN4) dan 3,69 dB (PANCaFN2). Nilai gain yang dihasilkan oleh kedua jenis gelas tersebut mengindikasikan bahwa kemungkinan besar medium gelas yang dikembangkan dalam penelitian ini mampu menghasilkan cahaya lasing pada daerah panjang gelombang 1064 nm.