Abstrak : Cahaya merupakan salah satu gelombang elektomagnetik yang memiliki cepat rambat diruang hampa sebesar 3.108 m/s. salah satu sifat dari cahaya sebagai gelombang elektromagnetik adalah sifat superposisi yaitu bertemunya dua gelombang pada suatu titik yang menghasilkan gelombang gabungan pada titik tersebut. Salah satu cahaya yang digunakan pada praktikum ini adalah sinar laser, karena sinar laser memiliki kelebihan antara lain intensitasnya yang tinggi, monokromatis dan tingkat koherensinya yang tinggi. Salah satu metode yang dapat diterapkan untuk mendeteksi gelombang adalah Interferometer Mach Zhender. Prinsip kerja Interferometer Mach-Zhender didasarkan pada seberkas cahaya yang terbelah menjadi dua berkas yang selanjutnya dipadukan lagi yang hasil perpaduannya dapat ditangkap olch detektor (layar) sebagai interferensi optikal. Hasil percobaan menunjukkan bahwa distribusi intensitas frinji yang berbeda. frinji pertama nilai maksimum 0,856789 dan nilai minimum 0,09578. Dan Frinji ke dua nilai maksimum 0,570347 dan nilai minimum 0,033614. Sedangkan untuk frinji ketiga nilai maksimum 0,893893 dan nilai minimum 0.049959. hal ini disebabkan oleh pengaruh suhu, cahaya lampu lingkungan, set alat yang kurangtepat, keadaan alat yang kurang bagus.
Kata Kunci : gelombang, laser, frinji, interferometer, mach zhender, interfernsi.
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Interferometer merupakan alat optik yang disusun berdasarkan peristiwa interferensi gelombang cahaya, dikaitkan dengan pola frinji yang terbentuk akibat adanya perbedaan lintasan optik dari cahaya yang berinteferensi. Frekuensi gelombang cahaya memilik orde = 1015 Hz menyebabkan retina mata tidak mampu menangkap hasil interferensi gelombang cahaya tersebut, sehingga harus diupayakan supaya pola interferensi dapat diamati. Hasil interferensi gelombang tersebut. Hasil interferensi gelombang cahaya berupa pola gelap terang yang dapat diamati. Pola terang menandakan intensitas maksimum yang merupakan akibat dari interferensi yang saling memperkuat dan pola gelap menandakan intensitas minimum yang diakibatkan oleh interferensi yang salin melemahkan.
Interferometer Mach-Zhender merupakan salah satu jenis Interferometer yang telah berhasil dikembangkan untuk keperluan eksperimen dibidang optikal yang didasarkan pada prinsip interferensi gelombang cahaya. Prinsip kerja Interferometer Mach-Zhender didasarkan pada seberkas cahaya yang terbelah menjadi dua berkas yang selanjutnya dipadukan lagi yang hasil perpaduannya dapat ditangkap oleh detektor (layar) sebagai interferensi optikal. Beberapa manfaat dari Interferometer Mach-"Zender antara lain dapat digunakan untuk menentukan pergantian fase yang disebabkan oleh obyek kecil yang pengukur kecepatan suara disamping itu dapat juga digunakan untuk menyelidiki sifat-sifat bahan tembus cahaya dengan cara menempatkan bahan tersebut pada salah satu lengannya.
1.2 Tujuan
Tujuan dari praktikum ini adalah:
- mendapatkan dan mengamati pola frinji garis dari hasil interferensi
- mendapatkan nilai distribusi intensitas frinji
- mendapatkan nilai maksimum dan minimum dari distribusi intensitas frinji.
2. DASAR TEORI
2.1 Gelombang dan Cahaya
Gelombang adalah getaran yang merambat. Hal unik yang dimiliki oleh gelombang adalah gejala superposisi. Sebagai contoh sifat ini memungkinkan dua buah gelombang yang bertemu pada sebuah titik menghasilkan gangguan gabungan disebuah titik itu. Gangguan ini dapat lebih besar atau lebih kecil dari pada gangguan yang dihasilkan pada masing-masing gelombang secara terpisah. namun sifat-sifat dari perpaduan gelombang yang dipancarkan dari titik tumbukan itu sama sekali tidak mengalami perubahan karena tumbukan itu.
Cahaya adalah suatu jenis gelombang elektromagmetik yang apabila di dalam ruang hampa merambat dengan kecepatan c sebesar 3 x 108 m/s. Oleh karena cahaya memenuhi hukum-hukum elektromagnet yang secara keseluruhan tercakup dalam sistem persamaan Maxwell Lourent, semua sifat-sifat fisis cahaya yang berkaitan dengan perambatannya dalam medium dapat dijelaskan misalnya pada proses pemantulan dan pembiasan diantara dua medium yang memiliki kerapatan yang berbeda, proses pembiasan dalam medium tak seragam, proses interferensi, difraksi dan polarisasi, dapat ditunjukkan dan diselidiki dengan menggunakan sifat gelombang yang dimiliki oleh cahaya.
Tetapi sifat fisis cahaya berkenaan dengan interaksinya dengan materi yang terdiri dari atom-atom dan molekul-molekul, memerlukan pula teori kuantum, misalnya proses pemancaran dan serapan cahaya olch materi, dimana dipostulatkan bahwa besaran-besaran gelombang elektromagnetik tersebut tak semuanya dapat memiliki nilai sembarang tetapi sebagian dari padanya harus memenuhi sejumlah syarat-syarat kuantum tertentu. Hal ini akan mengakibatkan bahwa berbagai variabel dinamik yang dimiliki oleh gelombang tersebut misalnya tenaga, momentum linier dan momentum sudut, akan mengalami perkuantuman, yaitu deretan nilai-nilai yang bersifat diskrit (tak kontinu), yang tidak terjadi pada pembahasan secara klasik yang senantiasa menghasilkan deretan nilai-nilai yang kontinu. Menurut teori kuantum cahaya, tenaga gelombang cahaya monokromat harus merupakan kelipatan bulat suatu kuantum tenaga sebesar hv, dengan telapan h merupakan letapan alam yang bemilai 6.63 x 10 34 Joule detik dan dinamakan tetapan Planck.. Jadi menurut teori kuantum cahava dapat dipandang sebagai butiran-butiran yang bergerak dengan laju c dan membawa tenaga hv cahaya ini dapat menerangkan proses radiasi termis olch sumber-sumber cahaya, jenis spektrum gelombang yang dipancarkan oleh berbagai sumber cahaya, efek foto listrik, serapan resonan dan polarisasi cahava dalam laser yang merupakan proses yang penting dalam kajian sifat- sifat optik materi dan penggunaannya dalam alas-alat optik modern seperti laser.
2.2. Laser
Laser (Light Aplication by Stimulated Emission of Radiation) atau polarisasi cahava dengan rangsangan pancaran radiasi merupakan cahaya dengan kemurnian dan intensitas yang sangat tinggi, yang tidak dapat dijumpai dalam sumber-sumber radiasi elektromagnetik. Laser banyak digunakan dalam telekomunikasi. meteorologi, biologi dan rangkaian komputer dan lain-lain.
Laser memiliki kelebihan yang sangat menonjol dibandingkan dengan cahaya lain seperti cahaya matahari dan cahaya lampu pijar. Kelebihan itu antara lain : (1) rahnya (2) intensitas yang tinggi, (3) monokromatis dan (4) tingkat koherensinya yang tinggi.
2.3 Interferensi Mach Zhender
Interferensi optikal adalah interaksi antara dua atau lebih gelombang cahaya yang resultanya bervariasi terhadap komponen pembentuknya. Pada interferensi berlaku prinsip superposisi, dan menghasilkan pita cahaya terang dan gelap yang disebut frinji. Pita terang terjadi ketika sejumlah gelombang bersama-sama menghasilkan intensitas maksimum dan disebut interferensi konstruktif. Sebaliknya pita gelap terjadi bila sejumlah gelombang cahaya menghasilkan intensitas minimum yang disebut interferensi destruktif. Secara keseluruhan distribusi frinji yang dihasilkan dari fenomena interferensi. dikenal dengan pola interferensi. Pola interferensi ini terbentuk bila dua atau lebih gelombang berasal dari sumber yang sama.
3. METODOLOGI
Salah satu metode yang dapat diterapkan untuk mendeteksi gelombang adalah interferometer Mach Zhender, dimana suatu sumber berkas cahaya koheren yang berasal dari laser He-Ne diarahkan pada beam splitter pertama. Berkas sinar tersebut dipecah oleh Beam splitter pertama pada dua arah yang berbeda dimana berkas sinar pertama diarahkan menuju Beam splitter kedua yang kemudian diteruskan ke cermin obyek yang bervibrasi akibat denyut nadi ditangan yang ditempelkan ke cermin dan terpantul kembali Beam splitter kedua lalu ke Beam splitter ketiga kemudian dipantulkan ke detector dan disebut sebagai berkas referensi. Frinji hasil kedua berkas akan dideteksi oleh detector dan direkam untuk selanjutnya dapat diolah di computer. Pola interferensi ini terbentuk bila dua atau lebih gelombang berasal dari sumber yang sama.
3.1 Prinsip Kerja Interferometer.
Penggambaran secara sederhana dari kerja interferometer adalah sebagai berikut.
1. Kecepatan cahaya di udara mendekati kecepatan cahaya di vakum yaitu c.
2. Dalam bentuk indeks refraksi n=c/v dimana v adalah keceptan cahaya di medium, indeks refraksi di udara adalah 1.
3. indeks refraksinya adalah antara 1,5 atau lebih.
4. Ketika pancaran cahaya menumbuk permukaan dan material di sisi lain dari permukaan memiliki indeks refraksi yang lebih tinggi kemudian pancaran sinar yang direfleksikan diganti dalam fasenya dengan tepat 1,5 dari panjang gelombang.
5. Indeks refraksi dari sebuah cermin yang benar dapat mencapai tak hingga. Cahaya direfleksikan oleh cermin dengan fasenya diubah oleh1,5 panjang gelombang.
6. Ketika pancaran cahaya menumbuk pada permukaan dan material di sisi lain memiliki indeks refraksi yang lebih rendah, cahaya direfleksikan tidak terjadi perubahan fase.
7. Ketika cahaya berpindah dari medium satu ke medium lain arahnya berubah bergantung pada tapi tidak terjadi perubahan fase pada permukaan dua medium.
8. Ketika cahaya bergerak dari satu medium, seperti piring kaca fasenya akan bergantung pada jumlah indeks refraksi dari medium dan bagian panjang dari cahaya pada medium.
Skema sederhana perlengkapan interferometer seperti gambar di bawah ini:
Jalannya sinar dari Source (sumber cahaya) melewati collimated beam menuju beam splitter menjadi dua yaitu sinar yang direfleksikan dan sinar yang ditransmisikan (diteruskan).
Jalannya sinar yang direfleksikan (dipantulkan) :
- Direfleksikan oleh depan bagian beam spiltter pertama memberikan perubahan fae 1,5 panjang gelombang.
- Direfleksikan oleh bagian atas cermin kiri memberikan perubahan fase yang lebih lanjut pada 1,5 panjang gelombang
- Diteruskan melalui beam splitter bagian atas kanan memberikan perubahan fase yang konstan.
- Ditransmisikan melalui beam splitter kiri bagian bawah memberikan perubahan fase yang konstan.
- Direfleksikan oleh depan pada cermin kiri bawah memberikan perubahan fase pada 1.5 panjang gelombang.
- Direfleksikan oleh depan beam splitter yang kedua memberikan perubahan fase pada 1,5 panjang gelombang.
Untuk cahaya yang melalui detektor kedua prosesnya adalah:
Jalannya sinar direfleksikan (dipantulkan ):
- Direfleksikan oleh depan pada beam splitter pertama yang memberikan perubahan fase pada 1,5 panjang gelombang.
- Direfleksikan oleh bawah cermin kir yang memberikan perubahan fase lebih lanjut pada 1,5 panjang gelombang
- Ditransmisikan melalui beam splitter kedua yang memberikan perubahan fase yang konstan
- Direfleksikan oleh permukaan bagian dalam pada beam splitter bagian 2 yang tidakmemberikan perubahan fase
- Ditransmisikan melalui beam splitter pada waktu kedua yang memberikan sebuah penambahan perubahan fase yang konstan.
- Ditransmisikan melalui bagian bawah beam splitter kiri yang memberikan perubaha fase konstan.
- Direfleksikan oleh depan pada cermin kiri bagian bawah yang memberikan perubahan fase 1,5 panjang gelombang.
- Ditransmisikan melalui beam splitter kedua yang memberikan perubahan fase yang konstan
3.2 Set Peralatan
Peralatan yang dipakai pada praktikum interferometer Mach Zehnder adalah:
- Sumber cahaya laser He-Ne 5mW max pada 632,8 nm
- Cermin
- Beam splitter atau “half silvered mirror”
- Attenuator
- Web cam
- komputer
- Layar detektor
- Suatu sumber berkas koheren yang berasal dari laser He-Ne diarahkan pada beam splitter pertama.
- Berkas sinar tersebut dipecah oleh beam splitter pertama pada dua arah yang berbeda dimana berkas sinar pertama diarahkan menuju beam splitter kedua yang kemudian diteruskan ke cermin objek dan terpantul kembali ke beam splitter kedua lalu ke beam splitter ketiga terus ke detektor dan berkasnya dinamakan berkas objek.
- Untuk berkas sinar kedua dipantulkan sedemikian rupa oleh cermin menuju ke beam splitter ketiga yang kemudian dipantulkan ke detektor dan disebut berkas referensi.
- Frinji hasil interferensi kedua berkas akan dideteksi oleh detektor dan direkam untuk selanjutnya dapat diolah di komputer.
- Data yang diperoleh selanjutnya diolah dengan menggunakan software matlab 7 untuk mengetahui pola distribusi intensitasnya dan nilai maksimum maupun nilai minimum distribusi intensitasnya.
- Dari software ini secara otomatis data nilai distribusi intensitas akan disimpan pada folder yang sama dengan data gambar dalam format excel.
4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisis Data
Dari hasil percobaan Interferometer Mach zehnder diperoleh gambar frinji sebagai berikut.
gambar 4.1 gambar 4.2
Gambar 4.3
4.2 Pembahasan
4.2.1 Frinji gambar 4.1 dan grafiknya
4.2.2 Frinji gambar 4.2 dan grafiknya
4.2.3 Frinji gambar 4.3 dan grafiknya
4.2.4 Tabel nilai minimum dan maksimum
Nilai
Gambar Frinji
4.1
4.2
4.3
Maks
0,856789
0,570347
0,893893
Min
0,09578
0,033614
0.049959
4.2.4 Distribusi intensitas frinji
Terlampir
Berdasarkan pengolahan data (grafik yang berupa sinusoidal dan pola distribusi frinji) yang berasal dari sumber yang sama ternyata memiliki distribusi intensitas frinji yang berbeda, karena cahaya merupakan gelmbang elektromagnetik yang dibuktikan dengan grafik sinusoidal yang merupakan fungsi waktu. Disamping itu karena adanya perubahan suhu yang diakibatkan hidupnya AC (air conditioner) pada saat percobaan yang juga mempengaruhi distribusi intensitas frinji.
Demikian juga pada waktu percobaan ternyata cahaya lampu dihidupkan, hal ini akan mempengaruhi kualitas intensitas frinji karena adanya cahaya dari luar.Cahaya lampu (sebagai cahaya dari luar sumber ) ternyata mengurangi kuliatas frinji dengan proses superposisi.
5. KESIMPULAN
Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa pada interferensi berlaku prinsip superposisi dan menghasilkan pita cahaya terang dan gelap yang disebut frinji. Kualitas frinji dalam percobaan ini sangat dipengaruhi oleh perubahan waktu, intensitas cahaya lampu dari luar serta perubahan suhu yang dihasilkan dari AC sehingga menghasilkan distribusi intensitas frinji yang berbeda.
Hal ini ditunjukkan dengan hasil frinji yang berbeda-beda. Pada frinji pertama (4.1) nilai maksimum 0,856789 dan nilai minimum 0,09578. Dan Frinji ke dua (4.2) nilai maksimum 0,570347 dan nilai minimum 0,033614. Sedangkan untuk frinji ketiga ( 4.3) nilai maksimum 0,893893 dan nilai minimum 0.049959.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar