2
Difraksi Laser pada Celah Tunggal /lva /rinda &*222& &*222&*!, =inda Pujiati &*222&*(!, sniar ?ardani ?ardani &*222&+*!, &*222&+*!, @sas "isa &*2222&'!, = Ni;ar Aulmi &*2222&! 7urusan 5isika, 5akultas :ains dan Teknologi, 1niversitas 0irlangga 7l. =ulyorejo, #ampus 9, 1nair :urabaya 4&22< ndonesia —Telah —Telah dilakukan percobaan difraksi Abstrak cahaya cahaya oleh oleh celah celah tungga tunggall yang bertuj bertujuan uan untuk untuk menentukan menentukan panjang gelombang gelombang sinar laser He-Ne. Prinsip yang digunakan dalam percobaan ini yaitu cahaya dapat mengalami mengalami proses interferensi interferensi serta difraksi atau pelenturan sebagaimana sifat cahaya sebagai gelombang. Peralatan yang digunakan pada percobaan ini antara lain yaitu laser He-Ne, detektor opt optis, mikro ikrovo volt ltm mater ater,, cel celah kis kisi!, i!, kabe kabell penghubung, multi clamp dan bangku optik. Percobaan Percobaan ini dilakuka dilakukan n dengan laser laser,, lensa dan dan celah celah disusu disusun n secara secara sejaja sejajar. r. "aser "aser diarah diarahkan kan kecelah tunggal yang telah diberikan kisi!. "aser diarah diarahkan kan sampai sampai menghas menghasilk ilkan an bayanga bayangan n garis garis dengan pola gelap-terang secara sempurna sehingga mudah mudah diamat diamatii dan diukur diukur.. Percob Percobaan aan dilaku dilakukan kan dengan melakukan variasi terhadap pergeseran layar kekanan kekanan dan kekiri kekiri guna mendapa mendapatka tkan n nilai nilai dari dari bentuk maksimum gelombang. #esimpulan dalam percobaan ini adalah hasil pelenturan gelombang cahay haya melalui sebua buah celah sempit yang ang mengakibatkan pola gelombang yang lebih terang interferensi maksimum! dan keadaan yang gelap int inter erfe fere rens nsii mini minimum mum!. !. $ala $alam m perco percobaa baan n ini ini diket diketah ahui ui lebar lebar cela celah h tung tunggal gal yang yang digu digunak nakan an sebesar d% &,'( ,'( mm dan didap dapatkan hasil perhitungan panjang gelombang laser He-Ne sebesa sebesarr ))*,+ ))*,+ nm dengan dengan prosen prosentas tasee kesala kesalahan han ',&+. Kata Kunci —difraksi —difraksi celah tunggal, laser He-Ne .
P/N$0H1"10N
$i akhir tahun 2+(&-an dan sekali lagi di a3al tahun 2+4&-an, fisika kuantum membuat dua konstribusi yang sangat besar kepada teknologi, yakni transistor dan laser laser.. "aser "aser memimp memimpin in jalan jalan ke arah arah bidang bidang baru yang kadang-kadang dinamakan fotonik
photonics) interaksi pada tingkat photonics) yang membahas interaksi kuantum! antara foton dan bahan yang besar. 5oto 5oton n adal adalah ah sebu sebuah ah part partik ikel el dasa dasarr yan yang g artinya sebuah partikel yang tidak bisa diuraikan lagi!. 5oton dikenal juga sebagai unit terkecil dalam bidang elektromagnetik, yang menarik dari foton adala adalah h ia mempu mempuny nyai ai ciri ciri gelo gelomb mban ang g dan dan juga juga mem mempuny punyai ai ciri ciri part partik ikel el.. 0rtin rtinya ya,, foto foton n bisa bisa dibias dibiaskan kan oleh oleh lensa, lensa, bisa bisa berinte berinterfe rferen rensi si dengan dengan gelomba gelombang ng lain, lain, dan dia juga bisa bisa diteks diteksii ketika ketika dian dianal aliisis sis seba sebaga gaii sebu sebuah ah part partiikel kel. $eng $engan an demikian, foton juga memiliki sifat dualisme seperti halnya cahaya. 0pab 0pabil ilaa berk berkas as sina sinarr lase laserr deng dengan an panj panjan ang g gelombang gelombang 6 yang dile3at dile3atkan kan pada sebuah sebuah celah celah sempit sempit dengan dengan lebar lebar f akan mengal mengalami ami difrak difraksi si.. Pola difraksi ini dapat dilihat pada layar atau diukur dengan sensor cahaya. 7ika antara c dengan layar jauh lebih besar dari pada lebar celah maka berkas yang sampai di layar dapat dianggap paralel.
8ambar 2.2 $ifraksi 9elah Tunggal A. Difraksi $ifraksi $ifraksi adalah penyebaran gelombang karena adan adany ya hala halang ngan an.. :em :emakin akin keci kecill hala halang ngan an,, penyebaran gelombang semakin besar. Penghalang itu itu dapat dapat berupa berupa laya layarr denga dengan n cela celah h keci kecill yang yang mengi mengi;i ;inka nkan n seba sebagi gian an kecil kecil muka muka gelo gelomb mbang ang datang untuk le3at. :elain itu juga dapat berupa benda kecil, kec il, contohnya ka3at atau cakram. $ifraksi cahaya dapat terjadi ketika cahaya mele3ati suatu
'
celah sempit lebar celah lebih kecil dari panjang gelombang!, sehingga gelombang cahaya tampak melebar pada tepi celah. /fek yang sama terjadi ketika gelombang cahaya berjalan melalui medium dengan indeks bias bervariasi. $ifraksi terjadi pada semua gelombang, termasuk gelombang suara, gelombang air, dan gelombang elektromagnetik seperti cahaya tampak, sinar-B dan gelombang radio. :ebagai objek fisik yang memiliki sifat seperti gelombang pada tingkat atom!, difraksi juga terjadi dengan materi dan dapat dipelajari sesuai dengan prinsip-prinsip mekanika kuantum.
gelombang yang baru pada suatu 3aktu kemudian akan didapatkan dengan membangun sebuah permukaan yang menyinggung gelombang kecil sekunder, atau yang dinamakan pembungkus dari gelombang itu. .
8ambar 2. Prinsip Huygens menjelaskan pemancaran gelombang cahaya $ari gambar 2. dapat dilihat bagaimana prinsip Huygens menjelaskan perpindahan posisi dari 0C ke posisi 9$. :etiap titik pada muka gelombang 0C berperan sebagai sumber gelombang titik yang sangat kecil yang memancar ke arah 9$. =uka gelombang 9$ merupakan pembungkus atau 8ambar 2.' permukaan gelombang 0C. Prinsip Huygens bisa Proses terjadinya difraksi pada gelombang dipakai untuk menerangkan terjadinya difraksi cahaya pada celah kecil. Pada saat mele3ati celah Hasil dari peristi3a difraksi adalah garis-garis kecil, muka gelombang akan menimbulkan 3avelet terang dan garis garis gelap seperti pada peristi3a baru yang jumlahnya tak terhingga sehingga interferensi. $ifraksi cahaya sulit untuk diamati gelombang tidak mengalir lurus saja, tetapi karena biasanya sumber cahaya polikromatik, menyebar. sehingga pola difraksi yang ditimbulkan setiap C. Difraksi celah tunggal gelombang cahaya saling tumpang tindih dan sumber cahaya terlalu lebar sehingga pola difraksi yang Pada difraksi celah tunggal, apabila celah lebih ditiimbulkan masing masing bagian akan saling lebar daripada gelombang tunggal cahaya, maka tumpang tindih dan cahaya tidak selalu koheren yang akan terjadi efek seperti interferensi pada celah. Hal menyebabkan polanya berubah-ubah sesuai beda ini dapat dijelaskan dengan menganggap bah3a fasenya. celah bertindak sebagai sumber dari banyak titik yang terpisah secara merata. $ifraksi mengacu pada penyimpangan deviasi! dari perambatan garis lurus B. Prinsip Huygens yang terjadi ketika suatu gelombang bergerak Prinsip Huygens menerangkan bah3a tiap-tiap mele3ati suatu penghalang parsial. ni biasanya titik dari sebuah muka gelombang dapat ditinjau sesuai dengan pembengkokan atau penyebaran dari sebuah muka gelobang dapat ditinjau sebagai gelombang pada tepi-tepi lubang dan penghalang. sumber gelombang-gelombang kecil sekunder yang Centuk paling sederhana dari difraksi cahaya adalah menyebar keluar ke segala arah dengan laju yang difraksi 5raunhofer atau far-field. $ifraksi ini sama degnan laju perambatan gelombang itu. =uka diamati pada sebuah layar yang sangat jauh dar
lubang atau penghalang yang mengganggu arus gelombang-gelombang datar yang datang.
8ambar 2.<
8ambar 2.( Proses difraksi pada celah tunggal :yarat terjadinya garis gelap ke m adalah D d sin E % m6FFFFFFFFF2.2! dengan m % 2, ', F untuk sudut E yang kecil berlaku D pd =m 6 FFFFFFFFFFF2.'! l
Proses difraksi celah tunggal ditinjau secara matematis Cerkas-berkas cahaya yang mele3ati celah tunggal, akan dibelokkan dengan sudut tertentu Ѳ !. 9ahaya yang memasuki suatu celah terdiri dari berkas-berkas cahaya. :etiap bagian celah berfungsi sebagai sumber gelombang sehingga cahaya dari bagian celah dapat mengalami superposisi pada suatu titik y pada layar dengan gelombang cahaya yang lainnya. (I D. Interferensi gelombang :alah satu dari sifat cahaya adalah interferensi.
:yarat terjadinya garis terang ke m adalah D 1
d sin E % m G
! 6 FFFFFFFF.
2
2.! dengan m% &, 2, ',F. untuk sudut E yang kecil berlaku D 1 pd =( m+ ) 6 l 2
2.(!
FFFFFFFFFFF
Interferensi merupakan perpaduan dua gelombang atau lebih yang memiliki beda fase konstan dan amplitudo yang hampir sama. Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut. Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan. Prinsip Huygens menerangkan bahwa setiap wae front !muka gelombang" dapat dianggap memproduksi waelet atau gelombang# gelombang baru dengan panjang gelombang yang sama dengan panjang gelombang sebelumnya. $aelet bisa diumpamakan gelombang yang ditimbulkan oleh batu yang dijatuhkan ke dalam air. %&'
(
lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses acak ini dikenalsebagai fluoresensi terjadi dalam selang 3aktu rerata yang disebut umur rerata, lamanya tergantung pada keadaan dan jenis atom tersebut. . =/T@$/
8ambar 2.4 Pembentukan pita terang dan pita gelap pada layar nterferensi cahaya menghasilkan suatu pola interferensi terang-gelap!. Pada inteferensi, berlaku prinsip superposisi, yaitu J Cila dua atau lebih gelombang tumpang tindih, maka pergeseran resultan di sembarang titik dan pada sembarang saat, dapat dicari dengan menambahkan pergeseran sesaat yang akan dihasilkan di titik itu oleh gelombang-gelombang itu seandainya setiap gelombang itu hadir sendirian.
Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain laser He-Ne sebagai sumber cahaya!, celah kisi sebagai media untuk mendapatkan pola yang terlihat pada layar dengan celah tunggal!, detektor optis foto sel CP> ()!, layar sebagai media pengamatan hasil difraksi!, bangku optik, multi clamp, kabel-kabel penghubung, dan mikrovoltmeter pengukur tegangan keluaran!.
E. aser #ata laser adalah singkatan dari ight Amplification by !timulate" Emission of #a"iation, yang artinya perbesaran intensitas cahaya oleh pancaran. "aser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat lurus. 9ara kerjanya mencakup optika dan elektronika. Para ilmu3an biasa menggolongkannya dalam bidang elektronika kuantum. "aser yang memancarkan sinar tampak disebut laser - optik. Pada tahun 2+2), 0lbert /instein mempostulatkan pancaran imbas pada peristi3a radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yangsedang menyerap dan memancarkan radiasi. Terdapat proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu D serapan, pancarn spontan disebut fluorensi) dan pancaran terangsang atau lasing dalam bahasa nggrisnya, artinya memancarkan laser!. Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan dan pancaran spontan sangat dominan. :ebuah atom pada keadaan dasar dapat dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara menumbukinya dengan elektron atau foton. :etelah beberapa saat berada di tingkat tereksitasi ia secara acak akan segera kembali ke tingkat energi yang
8ambar '.2 "ayar dan mikrovoltmeter "angkah pertama dalam percobaan ini yaitu dipasangkan semua alat dan bahan yang digunakan. "aser dinyalakan sampai cahaya yang dipancarkan oleh laser tersebut dapat mele3ati celah kisi sehingga akan muncul pola difraksi yang mncul pada layar maka gelombang tidak mengalir lurus saja, tetapi menyebar. "aser pada percobaan ini menghasilkan cahaya koheren, yang berarti cahaya akan memasuki celah dengan fase yang sama. 0pabila cahaya lalu jatuh pada layar yang ditempatkan dengan jarak tertentu dari celah maka akan terjadi suatu pola gelap terang pada layar. Pola cahaya tersebut dikenal dengan nama pola difraksi celah tunggal atau pola difraksi 5raunhoffer. Pada difrakasi celah tunggal, pola difraksi yang terbentuk ditentukan oleh panjang gelombang cahaya dan lebar dari celah penghalang. 0pabila celah lebih lebar daripada gelombang tunggal cahaya, maka akan terjadi efek seperti interferensi pada celah. Hal ini dapat dijelaskan dengan menganggap bah3a celah bertindak sebagai sumber
<
dari banyak titik yang terpisah merata. 0pabila sumber cahaya bersifat koheren, maka gelombangya sefase. 9ahaya yang tampak pada layar merupakan kontribusi dari tiap titik sumber dan jika perbedaan fase relatif dari gelombang ini bernilai 'pi. Pola gelap terang yang tampak pada layar merupakan hasil dari adanya proses interferensi gelombang cahaya. Peristi3a interferensi adalah penggabungan atau superposisi gelombang. 8elombang ini saling tumpang tindih sehingga menimbulkan superposisi gelombang. 8elombang-gelombang yang memiliki beda fase yang sama akan menghasilkan amplitudo yang lebih besar sehingga interferensi ini disebut sebagai interferensi konstruktif atau menguatkan. nterferensi konstruktif ini menghasilkan pola terang. :edangkan gelombang-gelombang yang memiliki beda fase yang berbeda akan saling merusak sehingga interferensi ini disebut sebagai interferensi destruktif. nterferensi destruktif ini menghasilkan pola gelap.
4
. 0N0":: $0T0 2. Tabel hasil perhitungan celah tunggal dari sisi kiri!
)
*
+
2&
'. Tabel hasil perhitungan celah tunggal dari sisi kanan!
22
2'
2
Hubungan Pergeseran terhadap Tegangan Keluaran (dari sisi kiri) 1+00
1*00
1&00
1000
Tegangan keluaran (mV)
800
+00
*00
&00
0 0 (0 100 1(0 &00 &(0)00)(0 *00 *(0
Pergeseran(mm)
Hubungan Pergeseran terhadap Tegangan Keluaran (dari sisi kanan) )000 &(00 &000
Tegangan keluaran (mV)
1(00 1000 (00 ( 0 0 (0 100 1(0 &00 &(0 )00 )(0 *00 *(0
Pergeseran(mm)
2(
). abel panjang gelombang sinar He#-e
2<
24
