MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
-
Upload
chytraryani -
Category
Documents
-
view
1.819 -
download
178
description
Transcript of MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
1/34
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Gelombang elektromagnetik sama seperti gelombang mekanik, dapat
berinterfrensi satu sama lain. Kita dapat ketahui bahwa cahaya sebagai gelombang,
memperlihatkan gejala interfrensi gelombang-gelombang yang mempunyai beda fase
yang tetap.
Bila Cahaya melintas dari suatu sumber melalui sebuah celah pada layar, dan
cahaya yang keluar dari celah tersebut digunakan untuk menerangi dua celah
bersebelahan pada layar kedua. Bila cahaya diteruskan dari kedua celah tersebut dan
jatuh pada layar ketiga, maka akan terbentuk sederet pita interferensi yang sejajar. Ini
sebagai fenomena interferensi.
Sebagai gelombang, cahaya juga dapat melentur (berdifraksi), serta
interfrensi yang dibahas diatas merupakan hasil dari cahaya yang berdifraksi.
Difraksi adalah penyebaran atau pembelokan gelombang pada saat gelombang ini
melintas melalui bukaan atau mengelilingi ujung penghalang. Gelombang terdifraksi
selanjutnya berinterferensi satu sama lain sehingga menghasilkan daerah penguatan
dan pelemahan. Difraksi juga berlangsung pada aliran partikel.Dengan kata lain,
Difraksi adalah peristiwa dimana berkas cahaya akan dilenturkan pada saat melewati
celah sempit. Difraksi juga menggambarkan suatu deviasi dari cahaya dengan pola
lurus ketika melewati lubang lensa atau disekeliling benda. Menurut Huygens bahwa
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
2/34
2
setiap bagian celah akan menjadi suatu sumber gelombang (cahaya) biru.
Celah sempit tersebut disebut dengan kisi difraksi. Kisi difraksi adalah
kepingan kaca yang digores sejajar dan berjumlah sangat banyak dan memiliki jarak
yang sama (biasanya dalam ordo 1000 per mm). Cahaya terdifraksi, setelah
diteruskan melalui kaca atau dipantulkan oleh spekulum, menghasilkan cahaya
maksimum pada = 0 dan berkurang sampai minimum(intensitas = nol) pada sudut
.
Untuk melewati pola difraksi cahaya, cahaya dilewatkan melalui suatu celah
tunggal dan mengamati cahaya yang diteruskan oleh celah pada suatu film. Difraksi
pada celah tunggal akan menghasilkan pola garis terang dan gelap pada layar. Celah
tunggal dapat dianggap terdiri atas beberapa celah sempit yang dibatasi titik-titik dan
setiap celah itu merupakan sumber cahaya sehingga satu sama lainnya dapat
berinterferensi.
Kemudian difraksi cahaya terjadi pula pada cahaya yang melalui banyak
celah sempit, dengan jarak celah sama. Celah sempit yang demikian disebu dengan
kisi difraksi. Semakin banyak celah, semakin tajam pola difraksi yang dihasilkan
pada layar. Untuk memahami lebih lanjut mengenai difraksi dan interfernsi, maka
dibuatlah makalah yang berjudul Interferensi dan Difraksi.
1.2Maksud dan Tujuan
Makalah ini dibuat untuk memenuhi salah satu syarat melulusi mata kuliah
fisika dasar serta sebagai bahan acuan presentasi.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
3/34
3
Adapun tujuan dibuatnya makalah ini adalah sebagai berikut:
Memberikan informasi mengenai interferensi dan difraksi Mengetahui perbedaan interferensi dan difraksi
1.3Rumusan MasalahAdapun permasalahan yang diangkat pada makalah ini adalah sebagai
berikut:
Apa yang dimakasud dengan interferensi dan difraksi? Apa perbedaan antara interferensi dan difraksi?
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
4/34
4
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Pengertian Interferensi
Interferensi terjadi jika dua (atau lebih) gelombang dipadukan. Di bagian ini
kita akan mempelajari interferensi antar dua gelombang. Interferensi dapat bersifat
membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fase kedua gelombag sama
sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang
tersebut.
2.1.1 Interferensi gelombang air
Gambar 1.1Interferensi Gelombang Air
Gelombang air mula-mula datang dalam formasi yang bisa dikatakan
membentuk muka gelombang datar. Sebuah papan penghalang yang terdapat celah
kecil digunakan untuk menahan gelombang air menyebabkan hanya sebagian kecil
saja dari air yang ditransmisikan. Pola gelombang dari air yang ditransmisikan
tersebut berbentuk lingkaran, pola semacam ini dapat dipahami dengan prinsip
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
5/34
5
Huygens. Karena air terus menerus mengalir maka gelombang-gelombang tersebut
saling mengalami interferensi satu sama lain. Interferensi disebabkan oleh adanya
beda lintasan antar gelombang sehingga beda fase gelombang-gelombang tersebut
juga berbeda menghasilkan pola muka gelombang yang lebih besar dan pola muka
gelombang minimum, perhatikan dengan seksama Gambar 1.1.
Pada peristiwa interferensi, untuk menghasilkan sumber yang koheren, secara
prinsip, selalu digunakan satu sumber gelombang dimana gelombang tersebut
kemudian dipecah menjadi dua atau lebih dan diset sedemikian rupa sehingga
lintasan antar gelombang-gelombang tersebut berbeda. Karena gelombang pada
umumnya merambat lurus, terutama gelombang elektromagnetik, maka untuk
menghasilkan beda lintasan arah rambat gelombang tersebut dibelokkan.
2.1.2 Intereferensi gelombang cahaya
Dua berkas cahaya disebut kohern jika kedua cahaya itu memeiliki beda fase
tetap. Interferensi destruktif (saling melemahkan) terjadi jika kedua gelombang
cahaya berbeda fase 180o. Sedangkan interferensi konstruktif (saling menguatkan)
terjadi jika kedua gelombang cahaya sefase atau beda fasenya nol. Interferensi
destruktif maupun interferensi konstruktif dapat diamati pada pola interferensi yang
terjadi.
Interferensi gelombang cahaya mula-mula diperlihatkan oleh Thomas Young
dalam tahun 1801. Dalam percobaannya Young menjelaskan bahwa difraksi
merupakan gejala penyebaran arah yang dialami oleh seberkas gelombang cahaya
ketika melalui suatu celah sempit dibandingkan dengan ukuran panjang
gelombangnya. Jika pada difraksi tersebut berkas gelombangnya melewati dua celah
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
6/34
6
sempit maka ketika dua gelombang atau lebih tersebut bertemu atau berpadu dalam
ruang maka medan-medan tersebut akan saling menambahkan dengan mengikuti
prinsip superposisi.
Dengan menggunakan sumber gelombang yang sama (sumber cahayanya
sama) dan dengan panjang gelombangnya diketahui juga, maka dapat ditentukan
jarak yang sangat pendek serta sifat medium optiknya akan mudah teramati.
Pemantulan dan pengendalian semua variabel proses seperti daya, temperatur,
dan tekanan merupakan kebutuhan mutlak dalam bidang industri. Instrumentasi
merupakan alat yang dapat digunakan untuk memantau dan mengendalikan variabel
proses tersebut. Dari hasil pemantulan maka dapat diketahui apakah sistem berjalan
sesuai dengan yang dikehendaki atau tidak. Bila terjadi penyimpangan, maka
diperlukan tindakan kontrol sehingga proses dapat berjalan sesuai dengan yang
diharapkan.
Salah satu peralatan instrumentasi yang banyak digunakan adalah
Interferometer. Interferometer merupakan perangkat ukur yang memanfaatkan gejala
interferensi. Interferensi adalah suatu kejadian dimana dua gelombang atau lebih
berjalan melalui bagian yang sama dari suatu ruangan pada waktu yang bersamaan.
Hal ini mengakibatkan terjadinya superposisi dari gelombang gelombang tersebut
sehingga menghasilkan pola intensits baru.
Dengan ditemukannya sinar laser yang mempunyai sifat koheren, maka
Interferometer dapat menjadi perangkat yang sangat berguna dalam industri.
Interferometer dapat digunakan untuk mengukur getaran permukaan, simpangan,
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
7/34
7
kecepatan partikel, temperatur dan sebagainya. Pengukuran berlangsung tanpa
kontak mekanik sehingga tidak membebani obyek yang diukur. Disamping itu
kepekaannya sangat tinggi: simpangan dengan orde kurang dari panjang gelombang
cahaya dapat dideteksi dengan mudah.
Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar, maka interferensinya sulit diamati.
Interferensi cahaya sulit diamati karena dua alasan:
1) Panjang gelombang cahaya sangat pendek, kira-kira 1% dari lebar rambut.2) Setiap sumber alamiah cahaya memancarkan gelombang cahaya yang fasenya
sembarang (random) sehingga interferensi yang terjadi hanya dalam waktu
sangat singkat.
Jadi, interferensi cahaya tidaklah senyata seperti interferensi pada gelombang
air atau gelombang bunyi. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat berikut ini:
1) Kedua gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bahwa kedua gelombangcahaya harus memiliki beda fase yang selalu tetap, oleh sebab itu keduanya
harus memiliki frekuensi yang sama.
2) Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitude yang hampir sama.Terjadi dan tidak terjadinya interferensi dapat digambarkan seperti pada
Gambar 1.2.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
8/34
8
Gambar 1.2. (a) tidak terjadi interferensi, (b) terjadi interferensi
Untuk menghasilkan pasangan sumber cahaya kohern sehingga dapat
menghasilkan pola interferensi adalah :
1) Sinari dua (atau lebih) celah sempit dengan cahaya yang berasal dari celahtunggal (satu celah). Hal ini dilakukan oleh Thomas Young.
2) Dapatkan sumber-sumber kohern maya dari sebuah sumber cahaya denganpemantulan saja. Hal ini dilakukian oleh Fresnel. Hal ini juga terjadi pada
pemantulan dan pembiasan (pada interferensi lapisan tipis).
3) Gunakan sinar laser sebagai penghasil sinar laser sebagai penghasil cahayakohern.
Untuk mendapatkan dua sumber cahaya koheren, A. J Fresnell dan Thomas
Young menggunakan sebuah lampu sebagai sumber cahaya. Dengan menggunakan
sebuah sumber cahaya S, Fresnell memperoleh dua sumber cahaya S1 dan S2 yang
kohoren dari hasil pemantulan dua cermin. Sinar monokromatis yang dipancarkan
oleh sumber S, dipantulkan oleh cermin I dan cermin II yang seolah-olah berfungsi
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
9/34
9
sebagai sumber S1 dan S2. Sesungguhnya, S1 dan S2 merupakan bayangan oleh
cermin I dan Cermin II (Gambar 1.3).
Gambar 1.3. Percobaan cermin Fresnell
Berbeda dengan percobaan yang dilakukan oleh Fresnell, Young menggunakan
dua penghalang, yang pertama memiliki satu lubang kecil dan yang kedua dilengkapi
dengan dua lubang kecil. Dengan cara tersebut, Young memperoleh dua sumber
cahaya (sekunder) koheren yang monokromatis dari sebuah sumber cahaya
monokromatis (Gambar 2.5). Pada layar tampak pola garis-garis terang dann gelap.
Pola garis-garis terang dan gelap inilah bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi.
Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya dari kedua celah tersebut.
Gambar 1.4.Percobaan dua celah oleh Young
Pola interferensi yang dihasilkan oleh kedua percobaan tersebut adalah garis-
garis terang dan garis-garis gelap pada layar yang silih berganti. Garis terang terjadi
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
10/34
10
jika kedua sumber cahaya mengalami interferensi yang saling menguatkan atau
interferensi maksimum. Adapun garis gelap terjadi jika kedua sumber cahaya
mengalami interferensi yang saling melemahkan atau interferensi minimum. Jika
kedua sumber cahaya memiliki amplitudo yang sama, maka pada tempat-tempat
terjadinya interferensi minimum, akan terbentuk titik gelap sama sekali. Untuk
mengetahui lebih rinci tentang pola yang terbentuk dari interferensi dua celah,
perhatikan penurunan-penurunan interferensi dua celah berikut.
Contoh interferensi adalah pelangi yang terlihat dalam gelembung sabun,
kilauan warna dari bulu burung, bila pada air yang tenang kemudian kita
memasukkan jari kita maka akan terbentuk muka gelombang berupa lingkaran-
lingkaran dengan tempat gangguan sebagai pusatnya. Gejala yang ditimbulkannya
yaitu:
1. Garis Terang (interferensi maksimum / konstruktif)Interfrensi maksimum menghasilkan garis terang pada layar. Pola ini
terjadi jika selisih lintasan sumber (S) sama dengan nol atau kelipatan genap
dari setengah panjang gelombang. Syarat Interferensi Maksimum
(Konstruktif). Seperti yang telah kita ketahui dari pembahasan gelombang
sebelumnya, interferensi maksimum terjadi jika kedua gelombang memiliki
fase yang sama (sefase). Dua gelombang memiliki fase yang sama apabila
selisih lintasannya sama dengan nol atau bilangan bulat kali panjang
gelombang (). Secara matematik dapat dituliskan persamaan:
d sin = m. ; m = 0, 1, 2, 3.......
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
11/34
11
Bilangan m disebut orde atau nomor terang. Untuk m = 0 disebut
maksimum orde ke nol (terang pusat), untuk m = 1 disebut terang ke-1, dan
seterusnya. Karena 1>d, maka sudut sangat kecil. Jadi, dapat digunakan
pendekatan sin sehingga persamaan tersebut menjadi:
P d = m
Dengan p adalah jarak terang ke-n dari terang pusat.
2. Garis gelap (interferensi minimum / destruktif)Interferensi minimum, menghasilkan garis gelap pola layar. Pola ini
terjadi jika selisih lintasan sumber (S) sama dengan kelipatan ganjil dari
setengah panjang gelombang.
2.1.2.1 Interferensi celah gandaPada tahun 1804 seorang fisikawan bernama Thomas Young (1773- 1829)
dapat mendemonstrasikan interferensi cahaya. Young melewatkan cahaya koheren
(sinar-sinarnya sefase dan frekuensi sama) melalui dua celah sempit yang dikenal
dengan celah ganda. Perhatikan Gambar (a), dua berkas cahaya koheren dilewatkan
pada celah ganda kemudian dapat mengenai layar. Pada layar itulah tampak pola
garisgaris terang seperti padaGa mba r(b). Pola garisgaris terang dan gelap inilah
bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi.
Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya dari kedua celah
tersebut. Berkas cahaya dari S1 dan S2 yang sampai pada layar terlihat berbeda
lintasan sebesar S = d sin . Perbedaan panjang lintasan inilah yang dapat
menimbulkan fase antara dua berkas cahaya tersebut berbeda. Interferensi akan
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
12/34
12
saling menguatkan jika berkas cahaya sefase dan saling melemahkan jika berlawanan
fase. Sefase berarti berbeda sudut fase = 0, 2, 4,..... Sedangkan berlawanan fase
berarti berbeda sudut fase = , 3, 5, ... . Syarat ini dapat dituliskan dengan beda
lintasan seperti persamaan berikut:
Interferensi maksimum (garis terang) : d sin = n
Interferensi minimum (garis gelap) : d sin = (n 1 /2 )
Keterangan :
d = jarak antar celah (m),
= sudut yang dibentuk berkas cahaya dengan garis mendatar
n = pola interferensi (orde), garis terang n = 0, 1,2,3,....; garis gelap n = 1,2,3,....
= panjang gelombang cahaya yang berinterferensi (m )
Untuk sudut kecil ( 12o) akan berlaku: sin tg berarti selisih lintasannya
memenuhi hubungan berikut:
lpdd=sin
Interferensi pada Lapisan Tipis
Kalian tentu pernah main air sabun yang ditiup sehingga terjadi gelembung.
Kemudian saat terkena sinar matahari akan terlihat warna-warni. Cahaya warna-
warni inilah bukti adanya peristiwa interferensi cahaya pada lapisan tipis air sabun.
Interferensi ini terjadi pada sinar yang dipantulkan langsung dan sinar yang
dipantulkan setelah dibiaskan. Syarat terjadinya interferensi memenuhi persamaan
berikut:
Interferensi maksimum : 2nd = (m + ) 21
Interferensi minimum : 2nd = m .
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
13/34
13
Keterangan :
n = indeks bias lapisan
d = tebal lapisan (m)
= panjang gelombang cahaya (m)
m = 0, 1, 2,3, 4,......
Pada Gambar 1.5, tampak bahwa lensa kolimator menghasilkan berkas sejajar.
Kemudian, berkas cahaya tersebut melewati penghalang yang memiliki celah ganda
sehingga S1 dan S2 dapat dipandang sebagai dua sumber cahaya monokromatis.
Setelah keluar dari S1 dan S2, kedua cahaya digambarkan menuju sebuah titik A
pada layar. Selisih jarak yang ditempuhnya (S2AS1A) disebut beda lintasan.
.................................(1.1)
Gambar 1.5. Percobaan Interferensi Young
Jika jarak S1A dan S2A sangat besar dibandingkan jarak S1 ke S2, dengan
S1S2 = d, sinar S1A dan S2A dapat dianggap sejajar dan selisih jaraknya S = S2B.
Berdasarkan segitiga S1S2B, diperoleh , dengan d adalah
jarak antara kedua celah. Selanjutnya, pada segitiga COA, .
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
14/34
14
Untuk sudut-sudut kecil akan didapatkan . Untuk kecil,
berarti p/l kecil atau p
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
15/34
15
agak gelap. Wilayah yang terang disebabkan oleh sinar matahri yang masuk
sedangkan wilayah yang agak gelap karena sinar matahari tidak dapat menjangkau
wilayah tersebut. Terlihat bahwa seolah-olah terdapat garis miringyang memisahkan
kedua wilayah tersebut. Garis batas tersebut menunjukkan bahwa cahaya matahari
dibelokkan oleh daun pintu atau jendela. Itu merupakan salah satu contoh peristiwa
difraksi.
Berdasarkan literatur, pengamatan terhadap fenomena difraksi tercatat
pertama kali ilakukan oleh Leonardo da Vinci, si pelukis terkenal yang hidup antara
14521519. Studi yang lebih ekstensif dilakukan oleh Grimaldi yang hasil
pengamatannya kemudian dibukukan dan resmi dipublikasikan pada tahun 1665, dua
tahun setelah kepergiannya ke alam baka. Namun demikian teori-teori yang
dicetuskan oleh Grimaldi sebatas menjelaskan bagaimana cahaya merambat, belum
dapat menjelaskan fenomena difraksi dengan memuaskan.
Baru setelah pada tahun 1818 Fresnel menunjukkan bahwa fenomena difraksi
dapat dijelaskan dengan merujuk pada teori Huygens digabung dengan konsep
interferensi. Hasil kerja keras Fresnel ditindaklanjuti oleh Kirchhoff yang pada tahun
1882 mencetuskan cara pandang baru dalam memahami fenomena difraksi. Teorema
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
16/34
16
Krchhoff ini terimplementasi dalam suatu persamaan yang disebut sebagai integral
Kirchhoff. Integral Kirchhoff ditarik dari prinsip HurgensFresnel yang menyatakan
bahwa rambatan gelombang cahaya dari suatu muka gelombang dihasilkan dari
superposisi muka gelombang-muka gleombang sebelumnya. Fenomena difraksi
terkenal sebagai salah satu bidang optik yang sarat dengan matematika yang rumit
sehingga solusi-solusi persamaanpersamaan matematis yang digunakan sebagai
penjelas fenomena difraksi pada saat itu tidak ada satupun yang dianggap paling
ampuh. Hingga pada tahun 1896 Sommerfeld berhasil membuat formulasi yang
dianggap ampuh untuk menjelaskan fenomena difraksi. Sommerfeld melakukan
investigasi terhadap fenomena difraksi yang terjadi pada gelombang bidang yang
dirambatkan melalui cermin reflektor-transmiter.
Gambar 2.1 Pola difraksi yang dihasilkan dari cahaya yang dilewatkan pada celah tunggal.
Namun, kembali pada masalah teknis, karena kerumitan model matematika
yang digunakan oleh Sommerfeld dan teman-temannya maka sebagai simplifikasi
digunakanlah pendekatan-pendekatan yang, paling tidak, mencakup aspek kuantitatif
dan kualitatif fenomena difraksi. Dari model-model yang telah diuji, model
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
17/34
17
pendekatan Huygens dan Fresnel adalah yang paling banyak digemari para ilmuwan
karena disamping sederhan, metode tersebut juga cukup ampuh untuk digunakan
sebagai analisis fenomena difraksi.
2.2.1 Difraksi Franhoufer dan Fresnel
Seberkas cahaya dilewatkan melalui celah tunggal dengan lebar d. Pola
difraksi dapat diamati pada layar yang diletakkan sejauhLdari celah.
Berkas cahaya dibelokkan oleh celah sebesar relatif terhadap arah rambat
cahaya datang. Untuk celah dengan d yang sangat kecil maka cahaya akan
dibelokkan dalam sudut yang sangat kecil pula. Jika layar diletakkan pada jarak
yang cukup jauh sehingga L >> d maka sudut pembelokan akan sangat kecil.
Implikasi matematisnya adalah nilai tan =y/L.
Dalam keadaan seperti itu, cahaya yang melalui celah dapat dianggap sejajar
dengan arah rambat gelombang cahaya datang. Difraksi semacam ini disebut sebagai
difraksi Franhoufer. Pola difraksi yang tampak pada layar adalah seperti pada
Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Pola difraksi yang tampak pada layar jika layar diletakkan pada jarak yang
cukup jauh dari celah. Difraksi semacam ini disebut dengan difraksi Franhoufer. Secara
matematis, difraksi Franhoufer cenderung lebih mudah ditangani dibanding difraksi Fresnel,yang sebentar lagi kita bahas.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
18/34
18
Jika layar semakin didekatkan dengan celah maka pola difraksi akan
mengalami perubahan seperti tampak pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3.Pola difraksi mengalami perubahan ketika jarak semakin didekatkan dengan celah.
Pola difraksi yang ditunjukkan pada Gambar 2.3 dihasilkan ketika jarak
layarLcukup dekat terhadap celah. Yang dimaksud dengan dekatdi sini adalah jika
sudut penyimpangan cahaya cukup besar sehingga kita tidak bisa menggunakan
pendekatan tan . Perhatikan bahwa pada jarak Lpola yang teramati pada layar
adalah pola difraksi Franhoufer. Ketika layar didekatkan menjadi L pola difraksi
berubah, terlihat bahwa pada layar berbentuk 2 puncak gelombang dimana puncak
gelombang tersebut menggambarkan nterferensi konstruktif, di layar akan terlihat
pola terang. Ketika layar didekatkan sehingga jaraknya menjadi L, pola difraksi
kembali berubah. Puncak-puncak gelombang semakin bertambah banyak dan rapat.
Jika layar didekatkan lagi ke celah dimana cahaya dibelokkan, maka pola
difraksi yang terlihat pada layar menunjukkan pola yang semakin rumit, lihat
Gambar 2.3. Difraksi semacam ini, dimana jarak layar terhadap celah cukup dekat
sehingga kita tidak dapat menganggap cahaya yang didifraksikan sejajar, disebut
dengan difraksi Fresnel.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
19/34
19
Gambar 2.4Difraksi Fresnel
Gambar 2.5 Difraksi Fraunhofer ideal
Gambar 2.6 Difraksi Fraunhofer real
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
20/34
20
2.2.1.1 Difraksi Franhoufer Celah Tunggal
Difraksi dapat dihasilkan dari sumber cahaya koheren yang dilewatkan pada
sebuah celah kecil. Seperti yang telah kita lihat pada contoh pada Gambar 1.1,
ilustrasi gelombang air telah menunjukkan bahwa gelombang yang melalui sebuah
celah didifraksikan dan hasil difraksi tersebut menyebabkan interferensi karena
setiap elemen gleombang air menempuh lintasan yang berbeda.
Pada pembahasan sebelumnya kita telah membahas mengenai difraksi
Franhoufer dimana konsep dasar difraksi tersebut adalah pembentukan difraksi oleh
cahaya yang dibelokkan dalam arah yang hampir sejajar dengan arah rambat
gelombang datang. Jika lebar celah ditambah sehingga lebih besar dibanding dengan
panjang gelombang cahaya maka tentu saja cahaya yang masuk melalui celah
tersebut mau tidak mau akan dibelokkan dengan sudut tertentu. Seperti terlihat pada
Gambar 2.7, seberkas cahaya dilewatkan pada celah dimana lebar celah tersebut
memiliki ukuran lebih besar dibanding panjang gelombang cahaya yang
melewatinya.
Gambar 2.7 Difraksi Franhoufer padagelombang cahaya menggunakan celah
yang memiliki ukuran lebih besardibanding panjang gelombang cahaya.
Cahaya dibelokkan dengan sudut relatif terhadap cahaya datang.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
21/34
21
Sistem difraksi yang digunakan adalah difraksi Franhoufer. Perhatikan bahwa
ketika fokus pada berkas cahaya yang dibelokkan di sekitar celah, kita lihat bahwa
berkas cahaya tersebut dibelokkan dalam sudut tertentu, dalam gambar di atas cahaya
dibelokkan sebesar . Ketika berkas cahaya jatuh pada layar, berkas cahaya tersebut
dianggap menempuh lintasan yang sama, ingat kembali konsep difraksi Franhoufer.
Perhatikan segmen F, kita ambil tiga berkas gelombang cahaya yaitu berkas
cahaya (1), (2), dan (3). Pada batas lintasan op,berkas cahaya (1), cahaya menempuh
lintasan sejauh pq. Kita misalkan lintasan pq sebanding dengan .Pada segmen
oqberkas cahaya (2) menempuh lintasan rt dimana berkas cahaya yang melampui
lintasan itu sebanding dengan . Mengacu pada segitiga opq, nilai sin dapat kita
tentukan yaitu:
..........................................................................(1.1)
Beda fase antara berkas cahaya (1) dan (2) adalah 180O dan ini berarti berkas
cahaya tersebut mengalami interferensi destruktif, pola difraksi yang tampak pada
titikA adalah gelap. Berdasarkan persamaan (1.1), kita dapat membuat generalisasi
persamaan yang merepresentasikan interferensi destruktif. Untuk interferensi
destruktif pada difraksi Franhoufer celah tunggal diberikan oleh persamaan berikut:
...................................................(1.2)
Yang mana:
= panjang gelombang cahaya yang digunakan (m)
d= lebar celah (m)
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
22/34
22
Perhatikan Gambar 2.7, semakin kecil perbandingan /d maka semakin kecil
penyimpangan lintasan cahaya. Dalam ungkapan yang berbeda, semakin besar lebar
celah maka semakin kecil penyimpangan lintasan dan akibatnya pola difraksi yang
tampak pada layar hanya menghasilkan satu pola terang saja. Hal ini menjadi logis
karena untuk nilai n= 0, cahaya yang ditransmisikan dari celah ke layar sejajar
dengan cahaya datang dan dengan demikian, kalaupun ada interferensi,
menghasilkan pola terang. Pola terang ini biasa disebut sebagai terang pusat. Pola
interferensi maksimum pada tempat lain di layar dapat ditentukan dengan persamaan
berikut:
......................................................... (1.3)
Pola difraksi yang terjadi pada difraksi Franhoufer dapat dilihat pada Gambar 2.8
Gambar 2.8 Pola difraksi Franhoufer celah tunggal yang tampak pada layar.
Pola gelap terang hasil interferensi yang tampak pada layar merepresentasikan energi
gelombang elektromagnetik yang jatuh suatu titik. Intensitas berhubungan dengan
tingkat kecerahan cahaya. Pada titik dimana terdapat terang pusat, disitulah intensitas
cahaya paling besar. Dalam konteks energi elektromagnetik, pada titik itu pula energi
gelombang elektromagnetik terakumulasi secara maksimum.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
23/34
23
2.2.1.2 Intensitas Cahaya pada Difraksi Franhoufer Celah Tunggal
Gambar 2.9 Distribusi cahaya pada difraksi celah tunggal Franhoufer.
Intensitas cahaya pada difraksi celah tunggal Franhoufer diberikan oleh persamaan:
............................................................................(1.4)
Yang mana:
d= lebar celah (m)
= menyatakan panjang gelombang cahaya yang digunakan (m)
= sudut penyimpangan rambatan cahaya
Distribusi intensitas cahaya pada difraksi celah tunggal Franhoufer tampak
seperti pada Gambar 2.9. Pada saat intensitas yang terlihat pada layar adalah
maksimum. Intensitas semakin menurun dengan bertambahnya sudut. Semakin besar
sudut semakin kecil intensitas. Dalam difraksi Franhoufer, intensitas maksimum
hampir terlokalisir pada satu titik yaitu pada terang pusat. Mengacu pada persamaan
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
24/34
24
(1.4) intensitas yang terukur pada saat = 0 adalah juga maksimum. Perhatikan
bahwa ketika = 0 nilai adalah nol.
Namun dari persamaan tersebut dihasilkan intensitas nol/nol. Sudut diukur
dalam satuan radian. Hasil perhitungan nol/nolmenghasilkan angka yang tidak tentu.
Dengan menggunakan teorema limit dapat dibuktikan bahwa pada saat = 0
intensitas yang terukur adalah intesitas maksimumImaks.
Syarat terjadinya interferensi destruktif tertera pada persamaan (1.2), dimana
nilai sudut memenuhi:
Persamaan (*) dan (**) adalah koheren dimana syarat terjadinya interferensi
destruktif dapat dipenuhi juga dengan persamaan (*), disamping persamaan (**).
2.2.1.3 Difraksi dan Resolusi Alat Optik
Pada pembahasan sebelumnya telah kita tunjukkan bahwa lebar celah yang
digunakan untuk difraksi cahaya mempengaruhi pola difraksi yang terbentuk pada
layar. Pada difraksi Franhoufer diperoleh interferensi maksimum terlokalisir pada
satu titik yaitu pada saat sudut = 0. Namun demikian, di sekitar terang maksimum
terdapat pola terang lainnya walaupun intensitasnya sangat kecil.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
25/34
25
Dalam aplikasinya, munculnya pola terang di sekitar terang pusat
menunjukkan keterbatasan suatu alat optik untuk memisahkan objek. Yang dimaksud
dengan memisahkan objek adalah melihat objek dengan jelas. Tingkat akurasi alat
optik yang digunakan untuk melihat objek dengan jelas/melihat jelas dua atau lebih
objek yang berdekatan disebut resolusi. Contoh sederhana yang dapat kita gunakan
sebagai ilustrasi adalah melihat lampu sebuah mobil yang berada pada jarak yang
sangat jauh. Jika kita berada dekat dengan mobil, mata kita dapat dengan mudah
membedakan dan mendeteksi bahwa kedua lampu mobil tersebut terpisah. Namun
jika kita berada pada jarak yang sangat jauh, lampu mobil seolah-olah menjadi satu.
Mata kita memiliki keterbatasan dalam melihat dua benda atau atau lebih yang
terpisah.
Kebanyakan alat optik menggunakan cermin atau lensa yang berbentuk
lingkaran. Pada tahun 1830an, Goerge Airy mengadakan eksperimen terkait
fenomena difraksi pada cahaya yang dilewatkan pada celah berbentuk lingkaran.
Berdasarkan hasil penelitiannya, George Airy menyimpulkan bahwa pola minimum
pertama pada diberikan oleh persamaan:
......................................................................................(1.5)
Gambar 2.10 Pola terang pusat pada gambar di samping disebut disk Airy. Sekitar 85% dariseluruh intensitas cahaya terkonsentrasi pada area disk Airytersebut.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
26/34
26
Yang mana D adalah diameter celah yang digunakan sebagai celah difraksi.
Pola difraksi yang diamati oleh Geroge Airy dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Konsep Airy tidak dapat diterapkan untuk menganalisis objek yang saling
berdekatan karena difraksi Airy menghasilkan pola interferensi tunggal saja. Agar
dua objek terpisah dapat dikenali sebagai dua objek yang terpisah, bukan objek yang
menyatu, maka difraksi dari objek pertama harus saling tumpang tindih dalam
konfigurasi interferensi minimum dengan difraksi objek kedua.
Keadaan tersebut dipenuhi jika sudut pisah antara dua objek minimum adalah
min, lihat persamaan (1.5). Untuk dua objek yang terpisah sejauh S berada pada
jarakLdari suatu alat optik yang berdiameter Dmaka syarat agar dua objek tersebut
dapat terlihat dengan jelas adalah:
..............................................................................(1.6)
Yang mana Sminimum menyatakan jarak pisah minimum dua objek yang
diamati. Dari persamaan (1.6) kita bisa menentukan jarak maksimum dari suatu
objek agar masih terlihat dengan jelas.
2.2.1.4 Kisi Difraksi
Jika cahaya dilewatkan pada sebuah celah maka cahaya tersebut akan
mengalami difraksi yang pada gilirannya akan mengalami interferensi, ditandai
dengan adanya pola gelap-terang yang terlihat pada layar. Pada dasarnya setiap
gelombang cahaya yang melalui suatu penghalang akan mengalami pembelokan arah
rambat. Berdasarkan eksperimen yang dilakukan para ilmuwan, difraksi dapat juga
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
27/34
27
diamati jika cahaya dilewatkan pada banyak celah. Mengenai interferensi dan
difraksi pada celah tunggal dan ganda. Dari dua konfigurasi tersebut selalu diperoleh
pola gelap-terang pada layar.
Suatu penghalang yang terdiri dari banyak sekali celah dimana jarak antara
celah tersebut seragam (jarak antar celah sama dan teratur) disebut dengan kisi
difraksi. Jumlah celah dalam suatu kisi dapat mencapai orde ribuan celah tiap cm.
Kisi difraksi memiliki beberapa kelebihan dibanding celah tunggal atau ganda.
Ketika cahaya melalui kisi, setiap celah pada kisi tersebut dapat dianggap sebagai
sumber gelombang cahaya. Setiap cahaya dibelokkan dengan besar sudut tertentu
sehingga cahaya-cahaya tersebut memiliki lintasan yang berbeda satu dengan yang
lainnya.
Gambar 2.11 Cahaya datang pada kisi difraksi. Pada layar terbentuk pola gelap terang.
Jika demikian maka cahaya yang mengalami interferensi akan lebih banyak
dibanding interferensi yang terjadi pada celah ganda dan tunggal. Jumlah interferensi
yang lebih banyakini menghasilkan pola gelap terang yang lebih kuat (intensitasnya
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
28/34
28
lebih kuat) pada layar sehingga pengukuran dan identifikasi terhadap pola-pola
interferensi tersebut menjadi lebih akurat. Perhatikan Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Difraksi cahaya pada salah satu segmen kisi difraksi.
Sebelum dilanjutkan pada pembahasan berikutnya, kita mengasumsikan
bahwa difraksi yang dibahas ini adalah difraksi Franhoufer. Perhatikan satu segmen
pada kisi tersebut, lihat Gambar 2.12. Pola seperti tampak pada Gambar 2.12
pernah kita jumpai ketika membahas interferensi dan difraksi pada sub bab
sebelumnya. Beda lintasan antara berkas cahaya (1) dan (2) adalah Ldimana L=
L2L1. Pola interferensi maksimum dicapai ketika beda lintasan memenuhi:
.............................................................(1.7)
Mengacu pada segitiga pada Gambar 2.10beda lintasan L dapat dinyatakan
sebagai:
.....................................................................................(1.8)
Dengan menggabungkan persamaan (1.7) dan (1.8) diperoleh:
.....................................................(1.9)
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
29/34
29
persamaan (1.9) adalah syarat yang harus dipenuhi agar dihasilkan interferensi
maksimum pada layar. Pola gelap dipenuhi jika beda fase antara gelombang cahaya
tersebut 1800. Beda fase tersebut sebanding dengan beda lintasan . Untuk
Sembarang posisi pada layar, pola gelap teramati pada beda fase dan kelipatan
bilangan bulat.
................................................(1.10)
Intensitas Cahaya pada Kisi Difraksi
Cahaya yang mengalami interferensi atau difraksi pada dasarnya tidak
mengalami penambahan atau pengurangan energi. Dengan kata lain, energi
gelombang elektromagnetik yang dibawa oleh cahaya adalah kekal. Cahaya hanya
mengalami pembelokan arah rambat dan superposisi saja. Jika I0 menyatakan
intensitas cahaya yang dibawa oleh berkas cahaya yang melewati sebuah celah pada
suatu kisi maka intensitas total cahaya yang jatuh pada layar adalah Itotal = NI0
dengan N menyatakan jumlah celah pada kisi yang digunakan. Intensitas rata-rata
pada layar dengan demikian adalahNI0.
Pada layar terbentuk pola gelap terang sehingga intensitas cahaya tersebar
tidak tepat pada seluruh permukaan layar melainkan terkonsentrasi pada titik-titik
dimana terjadi interferensi maksimum saja. Dengan demikian intensitas pada setiap
titik maksimum tentu lebih besar dari NI0. Intensitas cahaya sebanding dengan
kuadrat medan listrik. Jika setiap celah menghasilkan intensitas rata-rata I0 maka
intensitas cahaya pada daerah terang pusat (maksimum pusat), dan juga pada daerah
terang lainnya, adalah:
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
30/34
30
.............................................................................(2.1)
Berdasarkan persamaan (1.9), interferensi konstruktif akan menghasilkan
terang maksimum yang lebih kuat jika jumlah celah semakin besar. Pada kisi
difraksi, beda lintasan antara celah 1 dan celah ke N adalah L=(N1)dNd.
Intensitas cahaya yang dihasilkan adalah nol jika beda lintasan antara celah ke (1)
dan celah keNadalah
Semakin banyak jumlah celah pada kisi maka semakin kecil nilai sin gelap. Sudut
gelap tidak lain adalah merepresentasikan lebar pola gelap pada layar.
..................................................(2.2)
Pola intensitas yang dihasilkan pada difraksi celah banyak diberikan oleh persamaan
berikut:
Yang manaI0 menyatakan intensitas rata-rata yang dihasilkan setiap celah,N
menyatakan jumlah total celah, d adalah jarak antara celah (m), sedangkan
menyatakan panjang gleombang cahaya yang digunakan.
Prinsip kisi difraksi banyak digunakan untuk mengkarakterisasi suatu
molekul atau atom tertentu berdasarkan panjang gelombang yang dihasilkannya.
Suatu alat yang digunakan untuk difraksi memiliki tingkat akurasi yang dipengaruhi
oleh dua faktor yaitu dispersi angular dan resolusi. Suatu alat yang baik harus
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
31/34
31
mampu membedakan spektrum panjang gelombang cahaya yang memiliki nilai
berdekatan.
Dispersi Angular
Dispersi angular menyatakan perbandingan antara lebar spektrum () terhadap
selisih dua panjang gelombang yang berdekatan, . Misal panjang gelombang 1
berada pada sudut sedangkan panjang gelombang 2berada pada sudut (+ ).
didefinisikan sebagai 2- 1= . Mengacu pada persamaan (2.9), kita peroleh:
Jika masing-masing panjang gelombang berada pada sudut yang sangat
kecil maka kita dapat melakukan pendekatan sebagai berikut:
...............................................................(2.4)
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
32/34
32
Persamaan (2.4) menyatakan dispersi angular dari suatu alat optik. Semakin
besar nilai dispersi angular maka hasil yang diperoleh semakin bagus karena
spektrum panjang gelombang dapat dipisahkan dengan jelas. Nilai dispersi dapat
diperoleh dalam orde yang besar jika dkecil, dengan kata lain dalam kisi yang sama
dibuat celah yang lebih banyak.
Resolusi
Walaupun dispersi angular merupakan salah satu faktor penentu kualitas alat
namun informasi tersebut belum menceritakan apapun terkait dengan daya pisah alat
tersebut. Daya pisah kisi difraksi didefinisikan sebagai perbandingan antara panjang
gelombang () yangdiukur dan selisih panjang gelombang terkecil () yang dapat
dideteksi dengan kisi difraksi.
.........................................................................................(2.5)
Untuk kisi difraksi yang terdiri dari N celah daya pisah optik dapat
dinyatakan dengan:
........................................................................................(2.6)
Yang mana nadalah bilangan bulat.
Jadi perbedaanya, jika interferensi adalah superposisi dua buah gelombang atau
lebih. Sedangkan
Difraksi adalah devisi dari perambatan cahaya atau pembelokan arah rambat cahaya.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
33/34
33
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan uraian makalah di atas, maka dapat diambil kesimpulan bahwa:
Interferensi adalah suatu perpaduan dari dua buah gelombang atau lebihyang datang bersamaan.
Difraksi adalah pembelokan arah gelombang yang disebabkan olehadanya penghalang berupa celah.
Perbedaannya adalah interferensi merupakan superposisi dua buahgelombang atau lebih. Sedangkan Difraksi adalah devisi dari perambatan
cahaya atau pembelokan arah rambat cahaya.
-
5/26/2018 MAKALAH Interferensi Dan Difraksi
34/34
34
DAFTAR PUSTAKA
Ruwanto,B. 2005.Asas-Asas Fisika 3A. Bogor : PT. Ghalid Indonesia .
Anonim. 2012.Fisika 1. Bandung:IT Telkom
Serway, R.A and Faughn, J.S., 1999. College Physics, 7th
Edition, USA: Harcourt Brace
College Publisher.
Dick, Greg, et.al. 2001. Physics 11, 1stEdition. Canada: McGraw-Hill Ryerson.
Dick, Greg, et.al. 2001. Physics 12, 1stEdition. Canada: McGraw-Hill Ryerson.
Fishbane, P.M., et.al. 2005. Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 3rd
Edition. New Jersey: Prentice Hall, Inc.
Huggins, E.R. 2000. Physics 2000. Moose Mountain Digital Press. Etna, New Hampshire
03750.