|
|
TUGAS MATA KULIAH OPTIK
“Difraksi Cahaya”
OLEH :
INDAH KURNIA
PUTRI DAMAYANTI
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU
2011
DAFTAR ISI
Hal.
DAFTAR
ISI............................................................................................................. i
DAFTAR
GAMBAR................................................................................................ ii
PEMBAHASAN
...................................................................................................... 1
A.
Difraksi Cahaya (Light Diffraction)............................................................ 1
1. Difraksi
Celah Tunggal .......................................................................... 3
2.
Difraksi Celah Ganda ............................................................................ 5
B. Kisi Difraksi (Diffraction Grating) ............................................................. 6
1. Kondisi
untuk Maksimum Primer dari Kisi ......................................... 6
2. Kondisi
untuk Maksimum Primer dari Kisi ......................................... 7
3. Pengaruh
Memperbesar Jumlah Celah ................................................. 8
C. Jenis-jenis
Difraksi (Kind of Diffraction) .................................................... 9
1. Difraksi Fresnel ..................................................................................... 9
2. Difraksi Fraunhofer ............................................................................... 9
KESIMPULAN......................................................................................................... 11
DAFTAR
PUSTAKA............................................................................................... 12
DAFTAR GAMBAR
Hal.
|
PEMBAHASAN
Difraksi cahaya atau lenturan cahaya dapat
terjadi karena pembelokkan arah rambat cahaya oleh suatu penghalang. Penghalang
yang dipergunakan biasanya berupa kisi, yaitu celah sempit. Semakin
kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Hal ini bisa diterangkan oleh prinsip Huygens.
Pada pelajaran gerak gelombang, telah
diperkenalkan pula bahwa gelombang permukaan air yang melewati sebuah
penghalang berupa sebuah celah sempit akan mengalami lenturan (difraksi).
Peristiwa yang sama terjadi jika cahaya dilewatkan pada sebuah celah yang
sempit sehingga gelombang cahaya itu akan mengalami difraksi. Selain
disebabkan oleh celah sempit, peristiwa difraksi juga dapat disebabkan oleh
kisi. Kisi adalah sebuah penghalang yang terdiri atas banyak celah
sempit. Jumlah celah dalam kisi dapat mencapai ribuan pada daerah selebar 1 cm.
Kisi difraksi adalah alat yang sangat berguna untuk menganalisis sumber-sumber
cahaya. Perhatikan Gambar 1.
Gambar 1. Cahaya yang melewati celah sempit
(Sumber : Cinda, 2011)
Kita dapat melihat gejala difraksi ini dengan
mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita
arahkan pada sumber cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau dengan melihat
melalui kisi tenun kain yang terkena sinar lampu yang cukup jauh.
Ø Isaac Newton dan Robert Hooke pada tahun 1660, sebagai inflexion
dari partikel cahaya yang sekarang dikenal sebagai cincin Newton.
Ø Francesco Maria Grimaldi pada tahun 1665 dan didefinisikan sebagai hamburan fraksi gelombang
cahaya ke arah yang
berbeda-beda. Istilah yang digunakan saat itu mengambil bahasa Latin diffringere
yang berarti to break into pieces.
Ø James Gregory pada tahun 1673 dengan mengamati pola difraksi pada bulu burung yang
kemudian didefinisikan sebagai diffraction grating.
Ø Thomas Young pada tahun 1803 dan sebagai fenomena interferensi gelombang
cahaya. Dari percobaan yang
mengamati pola interferensi pada dua celah kecil yang berdekatan, Thomas Young menyimpulkan bahwa kedua celah tersebut lebih
merupakan dua sumber gelombang yang berbeda daripada partikel
(en:corpuscles).
Ø Augustin Jean
Fresnel pada tahun 1815 dan
tahun 1818, dan menghasilkan perhitungan matematis yang membenarkan teori
gelombang cahaya yang dikemukakan sebelumnya oleh Christiaan Huygens pada tahun 1690 hingga teori
partikel Newton
mendapatkan banyak sanggahan. Fresnel mendefinisikan difraksi dari eksperimen celah ganda Young sebagai interferensi gelombang dengan persamaan:
; m = 0, 1, 2, 3, …
dimana d adalah jarak antara dua sumber muka gelombang, θ adalah sudut yang dibentuk antara fraksi muka gelombang urutan ke-m dengan sumbu normal muka gelombang fraksi
mula-mula yang mempunyai urutan maksimum m = 0.. Difraksi
Fresnel kemudian dikenal
sebagai near-field diffraction, yaitu difraksi yang terjadi
dengan nilai m relatif kecil.
Ø Richard C.
MacLaurin pada tahun 1909,
dalam monograph-nya yang berjudul Light, menjelaskan
proses perambatan gelombang
cahaya yang terjadi pada difraksi
Fresnel jika celah difraksi
disoroti dengan sinar dari jarak jauh.
Ø Joseph von Fraunhofer dengan mengamati bentuk gelombang difraksi yang perubahan ukuran akibat jauhnya bidang
pengamatan. Difraksi
Fraunhofer kemudian dikenal
sebagai far-field diffraction.
Ø Francis
Weston Sears pada tahun 1948
untuk menentukan pola difraksi dengan menggunakan pendekatan matematis Fresnel. Dari jarak tegak lurus antara celah pada bidang
halangan dan bidang
pengamatan serta dengan
mengetahui besaran panjang gelombang sinar
insiden, sejumlah area yang disebut zona Fresnel atau half-period elements dapat dihitung.
1. Difraksi Celah Tunggal
Pola difraksi yang disebabkan oleh celah
tunggal dijelaskan oleh Christian Huygens. Menurut Huygens, tiap bagian
celah berfungsi sebagai sumber gelombang sehingga cahaya dari satu bagian celah
dapat berinterferensi dengan cahaya dari bagian celah lainnya.
(Sumber : Wikipedia,
2011)
(Sumber : My Blog
Green, 2010)
Interferensi minimum yang menghasilkan garis
gelap pada layar akan terjadi, jika gelombang 1 dan 3 atau 2 dan 4 berbeda fase
½, atau lintasannya sebesar setengah panjang gelombang. Perhatikan Gambar 2.
(Sumber : Cinda, 2011)
Berdasarkan
Gambar 2.9 tersebut, diperoleh beda lintasan kedua gelombang (d sin θ)/2.
jadi,
Jika celah
tunggal itu dibagi menjadi empat bagian, pola interferensi minimumnya menjadi
jadi,
Berdasarkan
penurunan persamaan interferensi minimum tersebut, diperoleh persamaan sebagai
berikut.
; m = 1, 2, 3, . . .
dengan d = lebar celah
Untuk
mendapatkan pola difraksi maksimum, maka setiap cahaya yang melewati celah
harus sefase. Beda lintasan dari interferensi minimum tadi harus dikurangi
dengan hingga beda fase keduanya mejadi 360°.
Persamaan
interferensi maksimum dari pola difraksinya akan menjadi :
atau
;
m = 1, 2, 3, …
2. Difraksi Celah Ganda
(Sumber : Wikipedia,
2011)
Pada mekanika
kuantum, eksperimen celah ganda yang dilakukan oleh
Thomas Young menunjukkan
sifat yang tidak terpisahkan dari cahaya sebagai gelombang dan partikel. Sebuah sumber cahaya koheren
yang menyinari bidang halangan dengan dua
celah akan membentuk pola interferensi gelombang
berupa pita cahaya
yang terang dan gelap pada bidang pengamatan,
walaupun demikian, pada bidang pengamatan, cahaya
ditemukan terserap sebagai partikel diskrit yang disebut foton.
Pita cahaya yang terang pada bidang pengamatan terjadi
karena interferensi
konstruktif, saat puncak gelombang (crest) berinterferensi
dengan puncak gelombang
yang lain, dan membentuk maksima. Pita cahaya yang
gelap terjadi saat puncak gelombang berinterferensi
dengan landasan gelombang (trough) dan menjadi minima. Interferensi
konstruktif terjadi saat:
; m = 0, 1, 2, 3, . . .
Untuk sudut
yang sangat kecil, maka nilai , sehingga :
Dimana :
a adalah jarak antar celah, jarak antara titik
A dan B pada diagram di samping kanan
n is the order of maximum
observed (central maximum is n = 0),
x adalah
jarak antara pita cahaya
dan central maximum (disebut juga fringe distance) pada bidang pengamatan
L
adalah jarak antara celah dengan titik tengah bidang pengamatan
Persamaan ini adalah pendekatan untuk kondisi
tertentu. Persamaan matematika yang lebih rinci dari interferensi
celah ganda dalam konteks mekanika
kuantum dijelaskan pada dualitas
Englert-Greenberger.
B. Kisi
Difraksi (Diffraction Grating)
Alat yang bermanfaat
untuk mengukur panjang gelombang cahaya ialah kisi difraksi, yang
terdiri atas sejumlah besar garis atau celah yang berjarak sama pada permukaan
datar. Kisi demikian dapat dibuat dengan memotong alur-alur sejarak dan
berjarak sama pada kaca atau plat logam dengan mesin penggaris presisi. Dengan kisi pantul, cahaya dipantulkan
dari punggung di antara garis. Piringan hitam memperlihatkan sedikit sifat kisi
pantul. Pada kisi tembus, cahaya lewat melalui celah bening di antara garis.
Kisi plastik murah dengan 10.000 atau lebih celah persentimeter adalah hal yang
lazim. Jarak-antara celah dalam kisi dengan 10.000 celah per sentimeter ialah d
= (1 cm)/10.000 = 10-4 cm.
1. Kondisi untuk Maksimum Primer dari Kisi
Kondisi interferensi konstruksi kisi merupakan beda
jalan antara sinar dari pengatur celah besarnya sama dengan satu panjang
gelombang l dari beberapa integral
perkalian l :
; m = 0, 1, 2, 3, …
Maximum pada q
= 0 (m = 0) disebut maksimum orde-0 (zero-order
maximum). Maximum pada jarak
sudut q dengan d sinq = l ( m = 1) disebut maksimum orde pertama. Maksimum
orde ke m adalah jarak sudut qm
dengan d sinqm = ml.
(Sumber : Wikipedia,
2011)
2.
Kondisi
Minimum untuk Kisi
Untuk
mendapatkan pola difraksi minimumnya, yaitu garis-garis gelap. Bentuk
persamaannya sama dengan pola interferensi minimum kisi difraksi yaitu:
; m = 0, 1, 2, 3, …
Jika pada difraksi digunakan cahaya putih atau
cahaya polikromatik, pada layar akan tampak spectrum warna, dengan terang pusat
berupa warna putih.
(Sumber : Cinda, 2011)
Cahaya merah dengan panjang gelombang
terbesar mengalami lenturan atau pembelokan paling besar. Cahaya ungu mengalami
lenturan terkecil karena panjang gelombang cahaya atau ungu terkecil. Setiap
orde difraksi menunjukkan spectrum warna.
3. Pengaruh Memperbesar Jumlah Celah
Diagram menunjukkan pola interferensi yang dibungkus
oleh pita interferensi pusat untuk setiap kasus. Jarak celah sama untuk 5 kasus tersebut. Hal yang penting adalah:
Ø
Posisi angular dari maksimum utama (primary
maxima) untuk N yang berbeda adalah sama.
Ø
Jumlah maksimum sekunder antara dua maksimum
primer meningkat dengan N dan sama dengan N-2.
Ø
Intensitas maksimum sekunder melemah
dibandingkan maksimum primer.
Ø
Lebar maksimum primer berkurang dengan naiknya
N.
(Sumber : Wikipedia,
2011)
C. Jenis-jenis
Difraksi (Kind of Diffraction)
Difraksi cahaya terdiri atas dua
jenis yaitu :
1.
Difraksi Fresnel
Difraksi Fresnel merupakan jenis
difraksi dimana sumber cahaya atau layar terletak pada jarak tertentu (dekat)
dari celah difraksi, dan secara umum difraksi yang dibahas merupakan jenis
Difraksi Fresnel.
Tinjauan teoritis dari difraksi
fresnel sangat kompleks. Berikut gambar dari difraksi fresnel :
(Sumber : My Blog
Green, 2010)
2.
Difraksi Fraunhofer
Difraksi Fraunhofer merupakan jenis
difraksi dimana sumber, kisi, dan layar jauh jaraknya, sehingga semua garis
dari sumber ke kisi dapat dianggap sejajar. Berikut adalah suatu eksperimen untuk memperoleh pola difraksi fraunhofer
dari suatu celah tunggal ;
(Sumber
: My Blog Green, 2010)
Pada Difraksi Fraunhofer digunakan lensa cembung yang
berfungsi untuk memfokuskan cahaya yang datang dari sumber yang jaraknya sangat
jauh. Berkas cahaya tersebut terlebih dahulu difokuskan dengan menggunakan
sebuah lensa cembung yang telah diatur agar focus lensa tepat berada pada celah
pertama. Dengan demikian, berkas cahaya yan terfokus ini dapat menjadi sumber
cahaya baru yang akan didifraksikan.
Sebelum melewati celah difraksi, berkas cahaya
terlebih dahulu melewati lensa cembung agar cahaya yang tadinya telah terfokus
pada titik fukus lensa pertama dapat sejajar kembali dan kemudian berkas
sejajar inilah yang akan mengalami difraksi.
Perlu diperhatikan bahwa jarak antara lensa cembung
kedua dan kisi difraksi haruslah sangat kecil agar berkas cahaya tidak sempat
difokuskan oleh lensa cembung kedua pada titik fokusnya.
Difraksi dapat digunakan untuk membuktikan bahwa
cahaya putih merupakan cahaya polikromatik yang terdiri dari berbagai spectrum
warna. Dan spectrum warna cahaya bila dipadukan akan menghasilkan warna putih
kembali dapat dibuktikan dengan difraksi fraunhofer.
KESIMPULAN
Dari uraian di atas dapat
ditarik beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Difraksi cahaya atau lenturan cahaya dapat
terjadi karena pembelokkan arah rambat cahaya oleh suatu penghalang. Penghalang
yang dipergunakan biasanya berupa kisi, yaitu celah sempit. Ada 2 macam
difraksi, yaitu difraksi pada celah tunggal dan difraksi pada celah ganda.
a. Persamaan interferensi minimum tersebut, diperoleh
persamaan sebagai berikut :
; m = 1, 2, 3, . . .
; m = 0, 1, 2, 3, . . .
Untuk sudut yang sangat kecil, maka
nilai , sehingga :
2. Kisi difraksi terdiri atas sejumlah besar garis atau
celah yang berjarak sama pada permukaan datar yang berfunsi sebagai alat yang
bermanfaat untuk mengukur panjang gelombang cahaya.
a. Kondisi
interferensi konstruksi kisi berupa persamaan :
; m = 0, 1, 2, 3, …
b. Bentuk persamaannya sama dengan pola
interferensi minimum kisi difraksi yaitu:
; m = 0, 1, 2, 3, …
3. Difraksi cahaya terdiri atas dua
jenis yaitu :
a. Difraksi Fresnel
Difraksi Fresnel merupakan jenis
difraksi dimana sumber cahaya atau layar terletak pada jarak tertentu (dekat)
dari celah difraksi.
b. Difraksi Fraunhofer
Difraksi
Fraunhofer merupakan jenis difraksi dimana sumber, kisi, dan layar jauh
jaraknya, sehingga semua garis dari sumber ke kisi dapat dianggap sejajar. Difraksi
Fraunhofer umumnya menggunakan lensa cembung untuk memfokuskan berkas cahaya.
DAFTAR
PUSTAKA
Cinda, 2011, Difraksi
Cahaya,
http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=49:difraksi-pada-kisi&catid=6:gelombang-cahaya&Itemid=98
: dikunjungi pada hari Senin tanggal 4 Juli 2011 pukul 20:45 WIB.
Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika
Jilid 2 Edisi Kelima, Jakarta : Erlangga.
My Green Blog, 2010, Interferensi dan Difraksi Cahaya,
http://katupatkarau.blogspot.com/difraksi
: dikunjungi pada hari Senin tanggal 4 Juli 2011 pukul 20:36 WIB.
Wikipedia, 2011, Difraksi,
http://id.wikipedia.org/wiki/Difraksi
: dikunjungi pada hari Senin tanggal 4
Juli 2011 pukul 20:45 WIB.