Penunjuk Laser

Latar Belakang

Penunjuk laser adalah laser portabel berbiaya rendah yang dapat dibawa di tangan. Ini dirancang untuk digunakan selama presentasi untuk menunjukkan area slide atau gambar yang disajikan, menggantikan tongkat kayu genggam atau penunjuk logam yang dapat diperpanjang. Ini lebih unggul dari pointer yang lebih tua karena dapat digunakan dari jarak beberapa ratus kaki di area yang gelap dan karena menghasilkan titik cahaya yang terang tepat di tempat yang diinginkan pengguna. Itu juga telah menjadi alat penunjuk serba guna dan telah menjadi sangat umum sehingga undang-undang telah disahkan untuk membatasi penggunaannya.

Sejarah

Secara teknis, kata laser adalah akronim yang merupakan singkatan dari "amplifikasi cahaya oleh emisi radiasi yang distimulasi", tetapi istilah ini telah menjadi begitu umum digunakan sehingga tidak lagi menggunakan huruf kapital. Radiasi adalah cahaya yang dipancarkan dari laser; cahaya ini dapat terlihat atau tidak terlihat oleh mata manusia. Secara teknis, hanya beberapa laser yang menggunakan amplifikasi cahaya, tetapi nama laser masih digunakan untuk perangkat yang menghasilkan radiasi monokromatik (semua satu warna atau panjang gelombang), koheren (gelombang cahaya cukup mirip untuk bergerak dalam satu arah).

Semua laser memiliki media penguat, sumber energi, dan resonator. Media penguat adalah bahan yang dapat dipompa (diberi energi) oleh sumber energi (seperti cahaya atau listrik) ke tingkat energi yang lebih tinggi. Setelah dipompa, media penguat dapat melepaskan energi itu sebagai radiasi monokromatik. Resonator adalah area yang memungkinkan energi yang dilepaskan menumpuk sebelum dilepaskan. Resonator dasar adalah sepasang cermin di kedua ujung media penguat. Satu cermin benar-benar reflektif sehingga semua cahaya yang mengenainya dipantulkan kembali ke media penguat; yang lainnya sebagian reflektif sehingga sebagian cahaya yang mengenainya dipantulkan kembali ke media penguat dan sebagian cahaya melewatinya untuk keluar dari laser. Sepasang cermin menyebabkan cahaya memantul bolak-balik melalui media penguat dan menyelaraskan dirinya dalam satu arah, yang menghasilkan koherensi cahaya.

Teori yang digunakan untuk memproduksi laser diterbitkan pada tahun 1958 oleh para peneliti di Bell Labs. Laser pertama, dibangun pada tahun 1960 di Hughes Aircraft, menggunakan sepotong ruby ​​​​untuk media penguat, cahaya untuk sumber energi, dan cermin untuk menghasilkan resonator. Laser semikonduktor ditemukan pada tahun 1962. Ini menggunakan bahan semikonduktor, mirip dengan bahan yang digunakan dalam transistor dan sirkuit terpadu untuk media penguat. Itu juga menggunakan listrik arus searah (DC), arus yang dihasilkan oleh baterai, untuk sumber energi. Itu masih menggunakan cermin resonator. Laser semikonduktor pertama menghasilkan radiasi infra merah yang tidak terlihat. Laser semikonduktor saat ini juga dapat menghasilkan cahaya tampak, dengan merah menjadi jenis laser semikonduktor yang paling murah dan hijau, biru, dan ungu menjadi semakin mahal. Laser semikonduktor yang digunakan dalam laser pointer juga dikenal sebagai laser dioda, karena merupakan jenis dioda semikonduktor. Dioda melewatkan listrik dengan mudah dalam satu arah; dioda pemancar cahaya dan dioda laser menghasilkan cahaya ketika listrik melewatinya. Elektronik semikonduktor menjadi lebih murah untuk diproduksi sejak akhir 1950-an. Mereka juga menjadi lebih kecil dan membutuhkan lebih sedikit energi. Mereka menjadi cukup murah untuk digunakan dalam perangkat elektronik konsumen seperti laser pointer pada 1980-an. Dioda laser saat ini seukuran sel darah. Mereka menghasilkan cahaya yang kurang collimated (bergerak semua dalam satu arah) daripada kebanyakan laser karena pendeknya ruang resonator. Karena itu, mereka membutuhkan semacam optik eksternal (lensa) untuk memfokuskan cahaya menjadi sinar yang lebih rapat. Dioda laser, seperti banyak perangkat semikonduktor, sangat halus dan perlu dilindungi dari lingkungan dan dari lonjakan daya. Sirkuit kontrol daya, yang biasanya menyertakan fotodioda (dioda yang menghasilkan listrik ketika cahaya mengenainya) untuk memantau keluaran dioda laser, mencegah dioda menerima terlalu banyak atau terlalu sedikit daya. Dioda dilindungi dari lingkungan oleh wadah plastik sehingga menyerupai kebanyakan perangkat semikonduktor lain yang digunakan pada papan sirkuit.

Laser pointer pertama berharga ratusan dolar, tetapi permintaan dan metode fabrikasi yang ditingkatkan telah menghasilkan harga di bawah lima dolar untuk jenis yang paling murah. Ada juga beberapa item yang menggabungkan laser pointer, atau setidaknya komponen, seperti pemandangan laser untuk senjata dan proyektor dengan laser pointer built-in.

Bahan Baku

Dioda laser tidak terlalu rumit daripada banyak jenis peralatan elektronik konsumen. Ini terdiri dari dioda laser, papan sirkuit, kasing, optik, dan kasing. Beberapa komponen listrik pada papan sirkuit dan dioda laser terbuat dari bahan semikonduktor, logam, dan keramik. Bahan semikonduktor meliputi senyawa (bahan yang terbuat dari lebih dari satu unsur murni) yang terbuat dari aluminium, galium, arsenik, fosfor, indium, dan unsur sejenis. Senyawa ini digunakan dalam berbagai produk semikonduktor. Semikonduktor juga mengandung logam seperti aluminium, emas, dan tantalum.

Papan sirkuit biasanya terbuat dari resin (plastik) seperti epoksi dengan serat kaca di dalamnya untuk memperkuatnya. Listrik dilakukan ke berbagai komponen pada papan sirkuit dengan garis logam seperti aluminium dan tembaga. Komponen individu ditempatkan pada papan sirkuit termasuk dioda, dioda laser, kapasitor, dan resistor. Bagian semikonduktor, seperti dioda dikemas dalam plastik dengan timah logam yang dihubungkan ke bantalan logam pada papan sirkuit dengan solder (paduan logam yang secara tradisional terbuat dari timah dan timah, tetapi sekarang mengandung lebih sedikit timbal dan logam lain sebagai pengganti). Bagian non-semikonduktor, seperti resistor dan kapasitor, terbuat dari berbagai logam, plastik, dan keramik (termasuk kaca).

Optik kolimasi dapat berupa kaca, tetapi plastik akrilik yang lebih murah digunakan di sebagian besar laser pointer. Kasing dapat dibuat dari bahan apa saja, seperti logam, plastik, atau bahkan kayu. Ini berisi kontak logam (biasanya kuningan) untuk baterai.

Desain

Desain penunjuk laser bergantung pada kebutuhan listrik dioda laser, masa pakai catu daya yang diinginkan, dan dorongan untuk menghasilkan produk konsumen yang lebih kecil. Penunjuk laser terkecil memiliki panjang kurang dari dua inci, tetapi beberapa penunjuk laser dirancang agar terlihat seperti pena. Penunjuk laser yang lebih panjang dapat menampung baterai AAA atau AA, yang memberikan catu daya yang lebih tahan lama daripada baterai arloji yang digunakan pada penunjuk laser yang lebih pendek. Kebanyakan laser pointer menggunakan dua atau tiga baterai.

Manufaktur
Proses

Penunjuk laser merah adalah penunjuk laser yang paling umum. Penunjuk laser lainnya menggunakan rakitan dioda laser yang berbeda, tetapi diproduksi dengan cara yang sama, sehingga proses dan diagram pembuatan penunjuk laser merah digunakan dalam artikel ini.

Dioda laser

• 1 Dioda laser diproduksi di pabrik semikonduktor (pabrik di mana bahan semikonduktor diproduksi dalam kondisi yang sangat bersih dan dikontrol dengan hati-hati). Substrat adalah bahan dasar di mana bahan lain akan diendapkan. Wafer substrat diproduksi, dibersihkan, dan disiapkan. Kemudian melewati beberapa langkah di mana lapisan material diendapkan di atasnya. Beberapa dari lapisan ini hanya setebal beberapa atom. Lapisan ini dapat bersifat konduktif (logam seperti aluminium dan emas) atau semikonduktor (seperti dijelaskan di atas). Lapisan ini juga dapat diubah oleh paparan bahan kimia lainnya. Setelah semua bahan ditambahkan ke wafer, itu 1. Cap. 2. Cincin bantal insulator listrik. 3. Baterai. 4. Tong logam. 5. Pegas logam. 6. Tombol. 7. Beralih. 8. Pelat pegas. 9. Lubang laser. 10. Tong logam. 11. Laras lensa. 12. Modul laser. 14. Menemukan bingkai. 15. Pelat isolasi listrik. dipotong dadu (dipotong, biasanya menjadi bagian persegi panjang) menjadi dioda individu. Dioda diuji baik pada wafer atau setelah pemisahan, dan yang tidak berfungsi dibuang (dibuang). Dioda laser yang berfungsi kemudian dikemas dalam wadah plastik dengan timah logam untuk sambungan listrik.

Papan sirkuit

• 2 Papan sirkuit berisi sirkuit yang membuat penunjuk laser berfungsi. Ini berisi sakelar, dioda laser, dan komponen sirkuit kontrol, biasanya fotodioda, dioda, resistor, dan kapasitor. Bagian-bagian ini ditempatkan di papan sirkuit, kadang-kadang dengan perekat, dan kemudian disolder di tempatnya. Solder adalah proses di mana dua benda logam ditempatkan dalam kontak dan solder dilebur di sekitar mereka sehingga ketika mendingin, mengelilingi keduanya dan menyatukannya. Solder digunakan sebagai pengganti lem karena menempel pada logam dan karena dapat menghantarkan panas dan listrik.

Optik kolimasi

• 3 Optik kolimasi dalam penunjuk laser terdiri dari lensa tunggal yang memfokuskan kerucut cahaya yang keluar dari dioda laser menjadi berkas yang lebih sempit yang menghasilkan titik yang lebih sempit pada jarak yang lebih jauh. Lensa plastik adalah cetakan injeksi, suatu proses di mana plastik cair dipaksa masuk ke dalam cetakan. Plastik mendingin dan mengeras, kemudian cetakan ditarik terpisah dan lensa dilepas. Itu digiling dan dipoles ke permukaan yang halus sehingga cahaya dari dioda laser tidak akan memantul dari ketidaksempurnaan di permukaan.

Rakitan dioda laser

• 4 Dioda laser dan optik kolimasi disatukan dengan dudukan plastik untuk membentuk rakitan dioda laser. Sebagian besar rakitan dioda laser memiliki pegas logam yang terpasang di bagian belakang. Pegas ini membuat kontak dengan baterai di dioda laser dan merupakan bagian dari rangkaian yang menarik listrik dari baterai.

Konstruksi kasus dan
perakitan akhir

• 5 Casing adalah tabung dengan ruang untuk rakitan dioda laser dan baterai. Rakitan dioda laser didorong atau disekrup ke salah satu ujung casing. Bagian dalam casing terbuat dari kuningan atau memiliki strip kuningan (direkatkan atau dipaku pada tempatnya) yang mengalir di ruang baterai. Bagian ujung ruang baterai juga memiliki area kuningan terbuka atau terbuat dari kuningan. Ketika bagian ujung ini didorong atau disekrup ke dalam casing, ia akan menyentuh sisi lain baterai untuk menyelesaikan sirkuit listrik yang memungkinkan listrik mengalir dari baterai ke rakitan dioda laser.
• 6 Kasing ini juga memiliki tombol sakelar (sepotong plastik yang menempel melalui lubang yang dipotong di sisi kasing) yang harus didorong dan ditahan agar penunjuk laser dapat bekerja. Ketika tombol ini ditekan, sakelar pada papan sirkuit menutup, listrik mengalir dari baterai ke rakitan penunjuk laser, dan penunjuk laser menghasilkan seberkas cahaya.
• 7 Setelah penunjuk laser dirakit dan diuji, label keamanan ditambahkan. Label ini menjelaskan peringkat laser dalam hal keluaran daya, mencatat peraturan mana yang mengatur penggunaannya, dan memperingatkan pengguna untuk menghindari paparan mata langsung.

Kontrol Kualitas

Produsen semikonduktor menggunakan proses yang sangat terkontrol yang telah dikembangkan di laboratorium dan kemudian ditransfer ke fasilitas fabrikasi. Dioda laser diuji untuk memastikan bahwa mereka bekerja setelah fabrikasi juga. Setiap komponen lainnya juga diuji untuk memastikan berfungsi. Sebagian besar fasilitas manufaktur akan menguji produk mereka secara acak dan menggunakan metode kontrol statistik untuk menyediakan produk berkualitas.

Ketika rakitan dioda laser atau penunjuk laser akhirnya dipasang, ia akan diberi daya dan diuji dengan perangkat pendeteksi cahaya, seperti fotodioda, untuk mengukur keluaran dayanya. Penunjuk laser adalah perangkat laser Tipe IIIA dan harus menghasilkan daya 5 mW (miliwatt, seperseribu watt) atau kurang untuk pasar Amerika Serikat. Laser pointer untuk pasar Eropa biasanya adalah perangkat laser Kelas II dan harus menghasilkan kurang dari 1 mW. Pembatasan ini untuk tujuan keamanan.

Produk Sampingan/Limbah

Laser pointer mengandung logam, plastik, dan komponen elektronik. Masing-masing industri tersebut memiliki produk sampingan limbah tertentu (pelarut, gas halokarbon, timbal, bahan kimia), tetapi perakitan penunjuk laser tidak memiliki limbah spesifik hingga penunjuk laser dibuang. Penunjuk laser mengandung sejumlah kecil bahan berbahaya, seperti timbal dan beberapa semikonduktor beracun. Seperti rakitan elektronik lainnya, mungkin lebih aman bagi lingkungan dalam jangka panjang untuk mendaur ulang komponen, meskipun ini mahal dan ada beberapa program untuk mendaur ulang atau menggunakan kembali elektronik. Ini mungkin berubah di masa depan.

Masa Depan

Laser pointer merah adalah yang paling murah dan paling umum saat ini. Penunjuk laser hijau memiliki rakitan dioda laser yang lebih rumit dan harganya ratusan dolar. Laser pointer biru dan ungu akan segera tersedia dengan harga lebih tinggi. Jenis dioda laser yang lebih baru harganya turun karena volume produksi meningkat untuk memenuhi permintaan, dan karena proses produksi meningkat. Undang-undang yang membatasi penggunaan penunjuk laser dapat melawan tren ini dengan menyebabkan penurunan permintaan karena penunjuk laser dilarang di tempat umum.

Tempat Belajar Lebih Lanjut

Buku

Gibilisko, Stan. Memahami Laser. Blue Ridge Summit, PA:Tab Books, Inc., 1989.

Lainnya

Halaman Web CORD. Desember 2001. .

Halaman Web Dunia Fokus Laser. Desember 2001. .

Andre Dawson