Perkenalan
Kolimasi sinar laser merupakan aspek mendasar dalam banyak metode analitis, di mana laser gelombang kontinu (CW) sering digunakan sebagai sumber eksitasi. Teknik seperti fluoresensi, hamburan Raman, penyerapan, dan hamburan Rayleigh menggunakan laser untuk mentransfer energi ke molekul, yang memicu eksitasi atau ekstraksi energi. Pemilihan jenis laser sangat penting, karena memengaruhi kemampuan fokus dan keseragaman intensitas sinar. Untuk persyaratan resolusi tinggi dan pencahayaan yang seragam, jenis laser CW tertentu sangat penting.
Jenis Laser CW untuk Aplikasi Analisis
Laser CW bervariasi dalam jenis dan struktur, disesuaikan untuk berbagai aplikasi di seluruh spektrum tampak dan inframerah dekat (NIR). Dua jenis utama mendominasi: laser dioda dan laser Diode-Pumped Solid-State (DPSS). Laser dioda lebih ringkas dan ekonomis, sedangkan laser DPSS sering kali menghasilkan kualitas sinar yang lebih tinggi. Setiap jenis dapat dikonfigurasi dalam berbagai modul seperti serat ruang bebas, serat mode tunggal (SMF), serat multimode (MMF), dan serat pemelihara polarisasi (PMF). Tabel di bawah ini membandingkan fitur teknik kolimasi untuk laser dioda dan DPSS.
Mode Spasial Laser CW
Laser CW beroperasi dalam Single-Spatial-Mode (SM) atau Multiple Spatial Modes (MM), yang juga disebut sebagai "transversal" atau "beam mode." Mode-mode ini memengaruhi profil sinar dan sangat penting dalam menentukan kemampuan fokus dan kualitas sinar. Laser sering dipilih berdasarkan aplikasi yang dimaksudkan, karena laser SM umumnya memberikan kualitas sinar dan kemampuan fokus yang lebih baik, sedangkan laser MM menawarkan daya keluaran yang lebih tinggi.
Metode untuk Kolimasi Sinar Laser
Kolimasi sinar melibatkan penyesuaian keluaran laser untuk meminimalkan divergensi. Hal ini khususnya penting dalam mikroskopi dan spektroskopi, di mana divergensi harus di bawah 2 mrad. Laser dioda rongga pendek, misalnya, menghasilkan sinar yang sangat divergen yang memerlukan kolimasi. Pendekatan yang paling mudah menggunakan lensa asferis tunggal untuk mengurangi divergensi; namun, konfigurasi yang lebih kompleks seperti sistem dua lensa, yang juga dikenal sebagai teleskop, sering digunakan untuk mencapai presisi yang lebih tinggi dan kontrol atas ukuran sinar.
Metode paling sederhana untuk mengolimasi sinar laser adalah dengan menggunakan lensa asferis tunggal. Panjang fokus lensa secara langsung memengaruhi diameter sinar setelah kolimasi, dengan panjang fokus yang lebih panjang menghasilkan diameter sinar yang lebih besar. Metode ini banyak digunakan karena kesederhanaannya, meskipun dapat menimbulkan aberasi jika tidak disejajarkan dengan benar.
Sistem Dua Lensa
Sistem dua lensa, atau teleskop, menggunakan satu lensa negatif dan satu lensa positif untuk mengkolimasi dan memperluas atau mengecilkan berkas. Pengaturan ini lebih disukai dalam aplikasi yang memerlukan kontrol yang baik atas radius berkas dan sangat berguna untuk meningkatkan kualitas berkas dan mengurangi astigmatisme dalam berkas laser dioda.
Kualitas dan Pengukuran Balok
Kualitas sinar laser sering dievaluasi menggunakan faktor kualitas sinar, M², yang mengukur seberapa dekat sinar mendekati profil Gaussian. Nilai M² sebesar 1 menunjukkan sinar Gaussian yang ideal, sedangkan nilai yang lebih tinggi menandakan penyimpangan. Laser DPSS berdaya rendah biasanya menunjukkan kualitas sinar yang tinggi dengan faktor M² yang rendah, sedangkan laser DPSS berdaya tinggi dan laser dioda cenderung memiliki kualitas sinar yang lebih buruk karena efek termal.
Sirkularisasi Sinar Laser Elips
Laser dioda umumnya memancarkan sinar dengan penampang elips, yang memerlukan langkah tambahan untuk membuat sinar tersebut melingkar untuk aplikasi tertentu. Salah satu pendekatan menggunakan dua lensa silinder ortogonal untuk mengatasi divergensi di sepanjang sumbu yang berbeda, sehingga menghasilkan profil sinar yang lebih melingkar. Teknik lain melibatkan prisma anamorfik, yang menyesuaikan bentuk sinar dengan memperluas atau mengompresi satu sumbu. Setiap metode memiliki kelebihan dan keterbatasannya sendiri, seperti yang ditunjukkan dalam tabel.
Stabilitas Penunjuk dan Homogenitas Profil Balok
Stabilitas arah sinar sangat penting untuk aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi. Faktor-faktor seperti getaran mekanis dan ekspansi termal komponen dapat menyebabkan fluktuasi sinar. Penyelarasan elemen optik yang cermat dan kontrol suhu komponen yang dipanaskan sangat penting untuk meminimalkan ketidakstabilan arah.
Meskipun terkadang menunjukkan profil sinar yang buruk di medan dekat, laser dioda dapat mencapai fokus yang baik pada jarak yang lebih jauh. Melalui pengujian yang ketat, telah ditunjukkan bahwa sinar laser meningkatkan homogenitas dan menjadi lebih melingkar di dekat titik fokus, mendukung penggunaannya dalam aplikasi yang menuntut fokus tinggi.
Pemikiran Akhir
Teknik kolimasi laser sangat bervariasi tergantung pada jenis laser dan persyaratan aplikasi. Laser dioda menyediakan solusi hemat biaya untuk berbagai penggunaan tetapi mungkin memerlukan komponen tambahan untuk kualitas sinar yang optimal. Laser DPSS, meskipun lebih mahal, menawarkan kualitas sinar dan kemampuan fokus yang lebih unggul. Integrated Optics menyediakan berbagai opsi kolimasi, dengan solusi yang digabungkan dengan serat untuk aplikasi dengan permintaan tinggi. Pada akhirnya, pilihan antara laser dioda dan DPSS harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti kualitas sinar, kemampuan fokus, dan kendala anggaran.
