01. Modul Praktikum

Download 01. Modul Praktikum

Post on 20-Oct-2015

95 views

Category:

Documents

15 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

modul

TRANSCRIPT

<ul><li><p>Teknik Fisika- FTI- Institut Teknologi Sepuluh Nopember </p><p>MODUL PRAKTIKUM </p><p>JURUSAN TEKNIK FISIKA </p><p>FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI </p><p>INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER </p><p>SURABAYA </p><p>2011 </p><p>TEKNIK OPTIK SEMESTER GASAL </p><p>2011/2012 </p></li><li><p> KATA PENGANTAR </p><p>Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas </p><p>petunjuk-Nya kami dapat menyelesaikan Modul Praktikum Teknik Optik </p><p>semester gasal 2011/2012. Beberapa pembaharuan dan perbaikan kami </p><p>lakukan dari modul praktikum sebelumnya seperti penggabungan dua </p><p>praktikum menjadi satu dan adanya praktikum lain seperti penggunaan </p><p>software OSLO dan lain sebagainya. Diharapkan dengan adanya modul </p><p>praktikum ini, mahasiswa mendapatkan panduan dalam menjalankan </p><p>praktikum Teknik Optik yang jumlahnya ada 4 praktikum yaitu </p><p>Karakterisasi Spektrum Sumber Cahaya (P1), Interferensi dan </p><p>interferometri (P2), Fotografi dan Pengolahan Citra Digital (P3) dan </p><p>Desain Divais Optik Geometri (P4) </p><p> Ucapan terima kasih tak lupa kami sampaikan kepada beberapa </p><p>pihak yang telah memberikan kontribusi dalam penyelesaian modul ini, </p><p>yaitu : </p><p> Dr. Ir. Totok Soehartanto DEA selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika FTI ITS </p><p> Ir. Heru Setijono M.Sc selaku Kepala Laboratorium Rekayasa Fotonika dan Dosen Mata Kuliah Teknik Optik </p><p> Agus M. Hatta ST, M.Si, Ph.D, Dr. Ir. Sekartedjo M.Sc dan Detak Yan Pratama ST, M.Sc selaku Dosen Mata Kuliah Teknik Optik </p><p> Semua Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Fisika FTI ITS Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan modul ini </p><p> Ilmu akan menjadi jalan bagi seseorang untuk menuju pada segala </p><p>kemuliaan. Akan tetapi satu hal yang tidak kalah penting adalah menjaga </p><p>agar ilmu tetap ada pada diri kita. Apa yang kami lakukan di sini adalah </p><p>membantu mahasiswa untuk mendapatkan ilmu yang bermanfaat buat </p><p>mereka. Satu pekerjaan besar yang harus mereka lakukan adalah </p><p>bagaimana agar ilmu tersebut tetap ada pada diri mereka, yang itu tidak </p><p>lain adalah dengan mengaplikasikan dan mengembangkannya. </p><p>Sekalipun modul ini telah selesai dengan proses yang cukup </p><p>panjang, akan tetapi masih tidak menutup adanya kekurangan padanya. </p><p>Segala masukan, kritik dan review sangat kami harapkan untuk semakin </p><p>menyempurnakannya pada kesempatan mendatang. </p><p> Surabaya, 2011 </p><p> PENYUSUN </p></li><li><p>MODUL 1 </p><p>KARAKTERISASI SPEKTRUM SUMBER CAHAYA </p><p>1.1 Pokok Bahasan </p><p>1. Karakterisasi spektrum sumber cahaya </p><p>2. Lebar spektrum sumber cahaya </p><p>1.2 Tujuan </p><p>Setelah melakukan praktikum ini, mahasiswa mampu : </p><p>1. Memahami dan menganalisa karakteristik spektrum sumber cahaya 2. Menentukan lebar spektrum sumber cahaya </p><p>1.3 Dasar Teori </p><p>1. Sumber Cahaya </p><p>Cahaya teremisi dari sebuah sistem atom yang tereksitasi ke level </p><p>energi tinggi kemudian jatuh ke level energi rendah dengan memancarkan </p><p>radiasi. Proses eksitasi ini dapat diperoleh dengan berbagai cara seperti </p><p>efek termal, absorbsi foton. Tumbukan dengan partikel-partikel subatomik </p><p>maupun rekasi kimia. Beberapa bentuk mekanisme kesitasi yang lain </p><p>seperti radioaktif dapat menghasilkan emisi dengan tingkat energi foton </p><p>sangat tinggi[1]. </p><p> Gambar 1.1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik[2] </p><p>Gambar 1.1 menunjukkan spektrum gelombang elektromagnetik </p><p>(EM). Gelombang EM memiliki spesifikasi dan mekanisme eksitasi yang </p><p>spesifik untuk tiap-tiap rentang panjang gelombang. Secara umum kata </p><p>cahaya (light) merujuk radiasi EM pada rentang UV hingga infrared[3]. 2. Cahaya Tampak </p><p>Cahaya tampak (visible lihgt) adalah rentang dari cahaya </p><p>elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Komisi </p></li><li><p>Internasional menspesifikasikan frekuensi dari cahaya tampak adalah </p><p>antara 3.16 x 1014 hingga 8.33 x 1014 hz (rentang panjang gelombang </p><p>sekitar 830 hingga 360 nm). Banyak buku yang menyatakan rentang </p><p>cahaya tampak antaran 400nm(violet) hingga 750nm(merah), hal ini </p><p>didasarkan pada respon visual dari mata manusia. emisi cahaya </p><p>dihasilkan dari elektron terluar atom dan molekul. Energi foton sekitar 1-</p><p>3eV, energi ini cukup besar untuk deteksi foton tunggal[4]. </p><p>Cahaya tampak baik monokromatik maupun polikromatik memiliki </p><p>spektra yang berbeda beda. Berikut ini contoh spektrum emisi dari </p><p>lampu tungsten. </p><p>Gambar 1.2 (a) Lampu Tungsten (b) Spektrum emisi keluaran[5] </p><p>1.4 Eksperimen 1 : Karakterisasi Spektrum LED </p><p>1. Peralatan Eksperimen a. LED biru dan putih @ 1 buah </p><p>b. Adaptor DC 1 buah </p><p>c. Optical power meter Thorlabs PM100D 1 buah </p><p>d. Personal Computer/Notebook yang sudah terinstall program PMD100D </p><p>Utility </p><p> Gambar 1.3 Set up Eksperimen 1 </p></li><li><p> 2. Prosedur Eksperimen </p><p>a. Susun peralatan seperti gambar 1.3 </p><p>b. Hubungkan optical power meter dengan laptop melalui kabel USB </p><p>c. Nyalakan optical power meter dan jalankan program PMD100D Utility. </p><p>Tunggu hingga optical power meter terhubung dengan laptop. </p><p>d. Nyalakan LED putih dengan jarak 3 cm dari detektor </p><p>e. Atur setting wavelength optical power meter pada = 400 nm. f. Amati dan catat nilai daya optik yang terbaca di display optical power </p><p>meter. Pengambilan data sebanyak 5 kali berdasarkan sampling yang dilakukan PMD100D Utility. Hasil dirata-rata untuk mendapatkan nilai </p><p>daya optik terukur. </p><p>g. Lakukan lagi langkah f untuk range = 400 - 700 nm dengan increment 25 nm </p><p>h. Ulangi langkah d hingga langkah g untuk LED biru </p><p>i. Geser posisi LED biru menjadi berjarak 6 cm dari detektor. </p><p>Selanjutnya ulangi langkah e hingga langkah g </p><p>j. Buat grafik daya optik sebagai fungsi panjang gelombang untuk </p><p>semua sumber cahaya </p><p>k. Tentukan lebar spektral tiap sumber cahaya </p><p> 1.5 Eksperimen 2 : Karakterisasi Spektrum Lampu Halogen dan TL </p><p>1. Peralatan Eksperimen </p><p>a. Lampu halogen 1 buah </p><p>b. Lampu TL 1 buah </p><p>c. Monokromator 1 buah </p><p>d. Digital lux meter Lutron LX-101A 1 buah </p><p>e. Optical power meter Thorlabs PM100D 1 buah </p><p>f. Laptop yang sudah terinstall program PMD100D Utility </p><p> Gambar 1.4 Set up Eksperimen 2 </p><p>3. Prosedur Eksperimen a. Susun peralatan seperti gambar 1.4 </p><p>b. Hubungkan optical power meter dengan laptop melalui kabel USB </p><p>c. Nyalakan optical power meter dan jalankan program PMD100D Utility. </p><p>Tunggu hingga optical power meter terhubung dengan laptop. </p><p>d. Nyalakan lampu halogen. Jaga agar lampu tidak berpindah posisi </p><p>selama eksperimen </p></li><li><p>e. Atur setting wavelength optical power meter dan monokromator pada </p><p> = 400 nm. f. Amati dan catat nilai daya optik yang terbaca di display optical power </p><p>meter. Pengambilan data sebanyak 5 kali berdasarkan sampling yang </p><p>dilakukan PMD100D Utility. Hasilnya dirata-rata untuk mendapatkan </p><p>nilai daya optik terukur. </p><p>g. Lakukan lagi langkah f untuk range = 400 - 700 nm dengan increment 25 nm </p><p>h. Ulangi langkah d hingga g untuk lampu TL </p><p>i. Buat grafik daya optik sebagai fungsi panjang gelombang untuk semua sumber cahaya </p><p>j. Tentukan lebar spektral tiap sumber cahaya </p><p>Referensi </p><p>[1] Yoshizawa, Toru. Handbook of Optical Metrology Chapter 1. USA : CRC Press. 2009 </p><p>[2] Luxon, James &amp; Parker, David. Industrial Lasers and Their Application. </p><p>- Chapter 1. USA : Prentice Hall. 1985. </p><p>[3] Warren, Smith. Modern Optical Engineering - Chapter 1. USA : SPIE </p><p>Press. 2008 </p><p>[4] Yoshizawa, Toru. Handbook of Optical Metrology Chapter 5. USA : CRC Press. 2009 </p><p> [5] Anonim. An Introduction to the Use of Visible and Ultraviolet Light </p><p>for Analytical Measurements. Oxford University Press. 2005 </p></li><li><p> MODUL 2 </p><p>INTERFERENSI DAN INTERFEROMETRI </p><p>2.1 Pokok Bahasan </p><p>1. Prinsip-prinsip interferensi cahaya </p><p>2. Interferometri untuk mengukur konsentrasi larutan </p><p>2.2 Tujuan </p><p>Setelah melakukan praktikum ini, mahasiswa diharapkan untuk : 1. Memahami prinsip-prinsip interferensi cahaya </p><p>2. Memahami komponen-komponen yang diperlukan untuk merancang </p><p>sebuah interferometer Michelson </p><p>3. Memahami bagaimana cara merancang sebuah interferometer </p><p>Michelson </p><p>4. Memahami prinsip kerja interferometer Michelson dan aplikasinya </p><p>2.3 Dasar Teori </p><p>1. Interferensi </p><p>Interferensi merujuk pada suatu keadaan di mana dua gelombang </p><p>atau lebih saling tumpang tindih pada waktu dan ruang yang sama. </p><p>Jumlah total fungsi gelombangnya merupakan penjumlahan dari fungsi gelombang masing-masing gelombang yang saling overlap. Hal ini </p><p>merupakan prinsip dasar superposisi. Namun demikian intensitas optik </p><p>totalnya bukan merupakan penjumlahan intensitas tiap-tiap gelombang. </p><p>Sebab superposisi intensitasnya bergantung pada beda fasa antar </p><p>gelombang[1]. </p><p> Gambar 2.1 Interferensi Celah Ganda[2] </p></li><li><p>Interferensi pada sumber cahaya yang memiliki nilai panjang </p><p>gelombang yang sama (monokromatis) akan menghasilkan pola </p><p>interferensi yang stabil. Bila gelombang yang berinterferensi merupakan </p><p>cahaya polikromatis, maka interferensi akan terjadi pada tiap-tiap </p><p>panjang gelombang yang sama. </p><p>Gambar 2.1 merupakan interferensi yang terjadi pada celah ganda. </p><p>S1 dan S2 adalah celah sempit yang dilalui cahaya dengan nilai panjang </p><p>gelombang . S1 dan S2 berasal dari S0 dan memiliki fasa yang sama karena jaraknya dengan S0 pun sama. Maka S1 dan S2 merupakan sumber </p><p>cahay yang koheren. Karena nilai R &gt;&gt; d (R dalam orde meter, sedangkan d dalam orde milimeter), maka gambar 2.1 (b) dapat </p><p>dianggap seperti gambar 2.1 (c). Beda lintasan antara S1 dan S2 : </p><p> 2 1 = sin (2.1) </p><p> sin = tan </p><p>2 1 = </p><p> (2.2) </p><p> Interferensi konstruktif membentuk pola terang terjadi saat beda lintasan </p><p>m sedangkan interferensi destruktif yang membentuk pola gelap terjadi saat beda lintasan (m + )[2]. dengan = 0, 1, 2, 3 </p><p>Interferensi konstruktif m = </p><p> (2.3) </p><p>Interferensi destruktif m +1</p><p>2 = </p><p> (2.4) </p><p>2. Interferometri </p><p>Interferometri memanfaatkan prinsip interferensi sehingga </p><p>menghasilkan suatu pola yang dapat dianalisis. Teknik ini dapat </p><p>digunakan untuk melakukan pengukuran secara akurat. Interferometri </p><p>dapat melakukan pengukuran pergeseran maupun geometri hingga orde nanometer. Hal ini dipengaruhi cahaya sebagai tools dalam interferometri </p><p>berada pada orde tersebut. Selain cahaya visibel, sinar IR dan UV </p><p>merupakan sumber cahaya yang umum digunakan dalam berbagai </p><p>aplikasi interferometri[3]. </p><p>3. Interferometer Michelson </p><p>Salah satu alat yang dapat dipergunakan untuk mengidentifikasi pola </p><p>interferensi tersebut adalah interferometer. Alat ini dapat dipegunakan </p><p>untuk mengukur panjang gelombang atau perubahan panjang gelombang </p><p>dengan ketelitian sangat tinggi berdasarkan penentuan garis-garis </p><p>interferensi. Walaupun pada awal mula dibuatnya alat ini dipergunakan </p><p>untuk membuktikan ada tidaknya eter[4]. Interferometer Michelson merupakan seperangkat peralatan yang </p><p>memanfaatkan gejala interferensi. Prinsip interferensi adalah kenyataan </p><p>bahwa beda lintasan optik (d) akan membentuk suatu frinji. Gambar </p><p>dibawah merupakan diagram skematik interferometer Michelson. Oleh </p><p>permukaan beam splitter (pembagi berkas) cahaya laser, sebagian </p><p>dipantulkan ke kanan dan sisanya ditransmisikan ke atas. Bagian yang </p><p>dipantulkan ke kanan oleh suatu cermin. Adapun bagian yang </p></li><li><p>ditransmisikan ke atas oleh cermin datar (cermin 2) juga akan </p><p>dipantulkan kembali ke beam splitter, kemudian bersatu dengan cahaya </p><p>dari cermin 1 menuju layar, sehingga kedua sinar akan berinterferensi </p><p>yang ditunjukkan dengan adanya pola-pola cincin gelap-terang (frinji)[5]. </p><p> Gambar 2.2 Interferometer Michelson[1] </p><p> Dengan menggunakan persamaan hubungan antara perubahan </p><p>lintasan optik, frinji yang terbentuk dan panjang gelombang yaitu </p><p>2</p><p>Nd</p><p> Gambar 2.3 Hubungan Antara Intensitas Dengan Perubahan Lintasan </p><p>Optik Pada Fenomena Interferensi </p><p>Interferometer juga dapat digunakan untuk menentukan nilai indeks </p><p>bias suatu medium tertentu. Nilai indeks bias pada suatu benda dapat </p><p>dihubungkan dengan sifat-sifat pada pola interferensi gelombang cahaya </p><p>monokromatik yang terbentuk. Pola interferensi tersebut terakumulatif </p><p>dalam pola frinji yang terbentuk dengan menggunakan bantuan </p><p>interferometer. Sehingga nilai indeks bias dapat diketahui dengan menghubungkan antara nilai panjang gelombang monokromatik yang </p><p>masuk, ketebalan medium kedua, dan perubahan sudut yang terjadi </p><p>dengan pola-pola frinji yang terbentuk yang secara mudah dapat </p><p>diketahui dari kuantitas frinji yang bersangkutan[6]. </p><p>Dalam persamaan yang diturunkan oleh Prof. Ernest Henninger dari </p><p>DePauw University yang diambil dari buku Light : Principles and </p><p>Measurements, oleh Monk, McGraw-Hill, 1937 dijelaskan dimana N </p><p>merupakan jumlah frinji yang terbentuk, ialah panjang gelombang </p></li><li><p>sumber cahaya, t merupakan ketebalan bahan gelas, ialah sudut rotasi bahan. </p><p>Selanjutnya, dengan memanfaatkan perubahan indeks bias yang </p><p>terjadi ketika medium gelas dibiarkan kosong dibandingkan dengan pola </p><p>interferensi yang terbentuk ketika medium diisi dengan larutan sampel </p><p>maka selanjutnya akan dapat diketahui konsentrasi dari larutan tersebut </p><p>dengan membuat grafik perbandingan antara indeks bias dan konsentrasi </p><p>larutan dengan rumus berikut: </p><p>Nit</p><p>iNtn</p><p>)cos1(2</p><p>)cos1)(2(</p><p>..............(2.5) </p><p>2.4 Eksperimen 1 Interferometer Young </p><p>1. Peralatan Eksperimen </p><p>a. Laser He-Ne </p><p>b. Slit tunggal dengan lebar slit 0,3 mm </p><p>c. Slit Ganda dengan lebar slit 0,4 mm </p><p>d. Mistar e. Layar sebagai penangkap sinar </p><p>2. Prosedur Eksperimen </p><p>a. Siapkan semua peralatan </p><p>b. Pasang slit tunggal di depan laser He-Ne dengan jarak 5 cm </p><p>c. Pasang layar pada jarak 50 cm di belakang slit tunggal </p><p>d. Nyalakan laser He-Ne </p><p>e. Amati pola interferensi yang terjadi </p><p>f. Tentukan nilai y1, y2 dan y3 (titik terang pertama, kedua dan ketiga) </p><p>pada pola interferensi yang terjadi </p><p>g. Ulangi langkah d hingga langkah f dengan variasi jarak layar 100 cm, </p><p>150 cm, 200 cm dan 250 cm </p><p>2.5 Eksperimen 2 Interferometer Michelson </p><p>1. Peralatan Eksperimen </p><p>a. Meja Optik </p><p>b. Sumber cahaya (Laser He-Ne) </p><p>c. Detektor cahaya (Thorlabs Optical Power Meter PM100D dan S100C) </p><p>d. Beam Splitter 50:50 </p><p>e. Movable mirror (M2) </p><p>f. Fixed mirror (M1) </p><p>g. Kaca preparat berbagai variasi </p><p>h. Layar pengamatan </p><p>i. Convex lens </p><p>j. Microdisplacement </p><p>2. Prosedur Eksperimen </p><p>a. Susun peralatan seperti gambar 2.2 </p><p>b. Nyalakan laser He-Ne </p></li><li><p>c. Amati frinji yang terbentuk pada layar pengamatan. Gunakan convex </p><p>lens untuk mengamati frinji lebih jelas. </p><p>d. Jika frinji yang terbentuk tidak bergerak maka sistem telah stabil. </p><p>Amati nilai intensitas yang nampak pada detektor </p><p>e. Geser movable mirror dan amati perubahan bentuk frinji </p><p>Referensi </p><p>[1] Saleh, Bahaa E.A. &amp; Teich, Malvin Carl. Fundamentals of Photonics - </p><p>Chapter 2. USA : John &amp; Wiley Sons, Inc. 1991. </p><p>[2] Young, Hugh D and Freedman, Roger A. University Physics 12th </p><p>edition - Chapter 35. USA : Pearson Education Inc. 2008 </p><p>[3] Yoshizawa, Toru. Handbook of Optical Metrology Chapter 6. USA : CRC Press. 2009 </p><p>[4] Halliday, Resnick.1986. Fisika jilid 2 edisi ketiga. Jakarta: Erlangga </p><p>[5] Soedojo, P. 1992. Azas-azas Ilmu Fisika Jilid 3 Optika. Yogyakarta: </p><p>Gajah Mada University Press. </p><p>[6] Hariharan, P. 2007. Basic Of Interferometry. Sydney: Academic Press </p></li><li><p>MODUL 3 </p><p>FOTOGRAFI DAN PENGOLAHAN CITRA DIGITAL </p><p>3.1 Pokok Bahasan </p><p>1. Dasar-dasar teknik fotografi digital </p><p>2. Aplikasi digital image processing </p><p>3.2 Tujuan </p><p>Setelah melakukan praktikum ini, mahasiswa diharapkan : </p><p>1....</p></li></ul>