15. optik difraksi gelombang cahaya
Click here to load reader
-
Upload
hokiman-kurniawan -
Category
Documents
-
view
870 -
download
12
Transcript of 15. optik difraksi gelombang cahaya
• Sifat dasar & Perambatan Cahaya
A
• Superposisi GelombangB
• Interferensi Gelombang Cahaya
C
• Difraksi Gelombang Cahaya
D
• Polarisasi CahayaE
• Pembentukan BayanganF
Difraksi Franhoufer dan Fresnel Difraksi Franhoufer Celah Tunggal Intensitas pada Pola Celah Tunggal Difraksi Franhoufer Celah Ganda Kisi Difraksi
Sub Topik
• Sifat dasar & Perambatan Cahaya
A
• Superposisi GelombangB
• Interferensi Gelombang Cahaya
C
• Difraksi Gelombang Cahaya
D
• Polarisasi CahayaE
• Pembentukan BayanganF
Menjelaskan sifat cahaya apabila menemui penghalang atau lubang.
Memahami pola difraksi cahaya koheren yang melewati celah sempit.
Memprediksi pola difraksi dari cahaya yang melewati deret celah sempit yang rapat.
Menjelaskan bagaimana ilmuwan menggunakan kisi untuk menentukan panjang gelombang.
Menjelaskan efek difraksi yang membatasi detail terkecil yang dapat dilihat oleh teleskop.
Tujuan Instruksional Khusus
Peta Konsep
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Difraksi
Franhoufer dan Fresnel
Franhoufer Celah
Tunggal
Intensitas Celah
Tunggal
Franhoufer Celah Ganda
Kisi Difraksi
Sebuah CD diamati di bawah cahaya
Warna yang teramati berasal dari cahaya yang dipantukan. Warna dan intensitasnya tergantung pada arah pandang CD terhadap mata dan sumber cahaya.
Compact Disc (CD)
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Permukaan CD mempunyai lintasan beralur spiral (jarak pisah antar alur sekitar 1 µm).
Jadi, pemukaan CD seperti kisi refleksi . Cahaya yang terpantul dari jalur yang berdekatan
akan berinterferensi konstruktif hanya pada arah tertentu saja tergantung dengan panjang gelombang dan arah datangnya sinar
Salah satu bagian CD berfungsi seperti kisi difraksi untuk cahaya putih, mengirimkan warna yang berbeda-beda pada arah yang berbeda-beda
Compact Disc (CD)
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Prinsip Huygens
Tidak menyebar
menyebar
Menghasilkan pola interferensi
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Christiaan Huygens (1629-1695) – teori gelombang untuk cahaya
Newton was in favor of corpuscular (particle) nature of light: ironically both are right
Prinsip Huygens – benar untuk semua gelombang
Setiap titik pada suatu muka gelombang dapat dianggap sebagai suatu sumber baru yang kecil yang dapat menyebar searah dengan kecepatan gelombang. Muka gelombang baru adalah superposisi dari wavelet
Hal ini mengapa gelombang dapat melewati suatu celah
Prinsip Huygens
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Jika cahaya adalah gelombang, Sebuah titik terang akan muncul pada pusat bayang cakram alumunium yang disinari oleh sumber cayaha titik momokromatik
Difraksi
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Divergensi cahaya dari titik awal perambatan
Difraksi
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Difraksi berkenaan dengan berbagai fenomena yang berhubungan dengan penjalaran gelombang, seperti pembengkokan, penyebaran dan interferensi dari gelombang yang melewati suatu benda atau celah yang menggangu gelombang
Terjadi pada berbagai tipe gelombang, termasuk gel bunyi, gel air, dan gel elektromagnetik seperti cahaya tampak, sinar-x dan gel radio
Pada saat difraksi terjadi, tidak semua efek dapat jelas diamati karena panjang gelombang harus sesuai dengan ukuran celah
Pola komplek pada intensitas gelombang yang terdifraksi adalah hasil dari interferensi antara bagian yang berbeda dari gelombang yang merambat ke pengatamat pada lintasan yang berbeda.
Difraksi
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Pola terdiri dari terang pusat yang sangat kuat dengan diapit oleh pola gelap
Difraksi Fraunhofer
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Difraksi cahaya pada celah sempit dengan lebar a Setiap bagian pada celah bertindah sebagai sumber
gel cahaya Beda lintasan sinar 1 dan 3 atau antara sinar 2 dan 4
adalah (a/2) sin θ Kondisi untuk interferensi melemahkan
Difraksi celah sempit
,3 ,2 ,1sin ±±±== ma
mλθ
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Setiap puncak pola terang terletak setengah kali antara batas pola gelap
Perhatikan bawah terang pusat maksimum dua kali lebih lebar dari maksimal kedua
Distribusi Intensitas
0sin =θ0
a/sin λθ =1y
a/2sin λθ =2y
a/sin λθ −=1y−
a/2sin λθ −=2y−
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Pola difraksi yang timbul pada layar ketika cahaya dilewatkan pada celah vertikal sempit
Pola terdiri dari pola terang pusat dan pola – pola berikutnya yan lebih semit dan rendah intersitasnya
Pola Difraksi
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Panjang gelombang cahaya 580 nm dijatuhkan pada celah yang mempunyai lebar 0.300 mm. Suatu layar terletak 2.00 m dari celah. Carilah
Posisi pola gelap pertama
Lebar pola terang pusat
Lebar pola terang orde pertama
Contoh – 1
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Dua pola gelap yang mengapit terang pusat terjadi pada m=±1
tan θ = y1/L θ sangat kecil tan θ = sin θ sin θ = y1/L
Lebar terang pusat sama dengan
Lebar terang orde pertama
Solusi – 1
33
7
1093,1103,0108,5
sin −−
−
×±=××
±=±=mm
aλθ
ma
LLy 31 1087,3sin −×±=±=≈
λθ
my 31 1074,72 −×=
my 31 1087,3 −×=
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Intensitas pola difraksi celah tunggal Fraunhofer
Imax intensitas pada θ = 0 (maksimum pusat)
Intensitas pola difraksi celah tunggal
θλπβ sin
2a=2
2sinββ
maksII =
θλππ sin
22 a=
aλθ =sin
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Celah segiempat
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Tidak hanya difraksi yang terjadi pada setiap celah tetapi juga interferensi dari gelombang dari celah yang berbeda.
Intensitas pola difraksi celah ganda
2
22 sinsin
cosββ
λθπ
=
dII maks
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Kondisi untuk interferensi maximal d sin θ = mλ Difraksi minimum terjadi ketika a sin θ = m λ Untuk menentukan dimana interferensi maksimum
berhimpit dengan difraksi minimum pertama
Intensitas pola difraksi celah ganda
λλ
θθ m
ad
=sinsin
mad=
d = 18 µma = 3 µmm = 6
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Kemampuan alat optik untuk membedakan dua benda yang berdekatan karena dibatasi oleh sifat dasar gelombang cahaya
Resolusi celah tunggal & celah lingkaran
Cukup lebar untuk poladifraksi dapat dibedakan
Pola difraksi tumpang tindih
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Resolusi celah tunggal & celah lingkaran
Sumber tepisah jauhSumber hampir
berdekatanSumber
berdekatan
Kriteria Rayleigh: Ketika maksimum pusat jatuh pada minimum pertama bayangan yang lain, bayangan dikatakan dapat dipisahkan
Sudut antara dua sumber pada celah harus lebih besar dari λ/a jika bayangan dapat dipisahkan.
Resolusi sudut batas suatu celah lingkaran adalah
Resolusi celah tunggal & celah lingkaran
aλθθ =≈ minsin
Dλθ 22,1min =
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Perkirakan resolusi sudut batas mata manusia, asumsikan resolusinya hanya ditentkan oleh difraksi. Ambilah suatu panjang gelombang 500 nm, dekat dengan pusat spektrum cahaya tampak. Meskipun diameter pupil bervariasi dari orang ke orang, ambilah suatu diameter 2 mm dan sumber titik berada 25 cm dari mata
Contoh – 2
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Solusi untuk θ minimal
karena θmin kecl
Mendekati tebal rambut manusia
Solusi – 2
arcof 1min103
102105
22,122,1
4
3
7
min
≈×=
××
==
−
−
−
rad
mm
Dλθ
Ld
≈≈ minminsin θθ
cmradcmLd 34 108)103)(25(sin −− ×=×== θ
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Peralatan yang digunakan untuk menganalisis sumber cahaya
Terdiri dari banyak celah paralel yang sama
Kisi Difraksi
Setiap celah menghasilkan difraksi, dan sinar difraksi interferensi dengan yang lainya menghasilkan pola akhir
Kondisi untukinterferensimaksima
,3 ,2 ,1sin == mmd λθ
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Distribusi intensitas
Kisi Difraksi
22
0 sinsinsin
=
δδ
ββ N
II
→=
====
====
utama maks pada kecuali
sin atau sin jika(min) 0
sin atau sin jikautama) (maks
sinsin
2
2
mNnNn
dNnd
mdmd
NN
λθπθλπδ
λθπθλπδ
δδ
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Kisi difraksi dapat digunakan untuk memisahkan spektrum sesuai dengan komponen panjang gelombangnya
Daya pisah
Sebuah kisi yang mempunyai daya pisah tinggi dapat membedakan perbedaan panjang gelombang yang kecil
Daya pisah difraksi pada orde mth
Daya pisah meningkat dengan meningkatnya jumlah orde dan dengan meningkatnya jumlah celah
Kisi Difraksi
( )λλ
λλλλ
∆=
−+
=12
2121
R
NmR =
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Difraksi sinar-x telah membuktikan untuk menjadi teknik bernilai tinggi untuk menjelaskan struktur kristal dan untuk memahami struktur suatu materi
Difraksi sinar-X pada kristal
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
Kondisi untuk interferensi menguatkan (maksimal pada sinar pantul)
Jika panjang gelombang dan sudut difraksi diukur, dapat digunakan untuk menghitung jarak antara bidang atom.
Hukum Bragg
,3 ,2 ,1sin2 == mmd λθ
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E
•Franhoufer dan Fresnel A
•Franhoufer Celah Tunggal
B
• Intensitas Celah Tunggal
C
•Franhoufer Celah Ganda
D
•Kisi Difraksi E