1. Sudut kritis dan pemantulan sempurna

Seberkas cahaya yang melalui dua medium akan memiliki efek berbeda, dilihat darimana

cahaya itu berasal. Kejadian ini antara lain ;

a). refleksi dan refraksi dari indeks bias rendah ke indeks bias tinggi (gambar 1)

b). refleksi dan refraksi dari indeks bias tinggi ke indeks bias rendah (gambar 2)

c). pemantulan sempurna

Sudut kritis didefinisikan sebagai sudut datang minimum dalam medium yang indeks biasnya

lebih besar sehingga semua cahaya dipantulkan sempurna.

Sudut kritis dibagi menjadi 2 yaitu

a). sudut datang kritis, bila sudut bias 900

b). sudut bias kritis, bila sudut datang 900

Jika kita mengambil hukum Snellius

n′ sin 𝑖 = n sin 𝑟

Maka dengan perhitungan nilai i = 90 maka akan diperoleh sudut bias yaitu

sin 𝑖𝑘𝑟 =𝑛

𝑛′

Jika kita masukkan nilai n’>n , maka pembiasan tidak akan terjadi. Yang terjadi adalah

pemantulan sempurna. Hal yang tidak mungkin adalah bila n’<n , dalam perhitungan hukum

Snellius nilai sudut kritis tidak akan diperoleh. Sehingga syarat agar cahaya mengalami

pemantulan sempurna adalah sinar datang dari medium yang indeks biasnya lebih tinggi ke

medium dengan indeks bias lebih rendah.

Dalam hal ini seterusnya akan digunakan n’ selalu lebih besar n

2. fiber optik

Untuk memahami bagaimana sebuah kabel serat optik bekerja, sebagai contoh coba

bayangkan sebuah sedotan plastik atau pipa plastik panjang fleksible berukuran besar.

Bayangkan pipa tersebut mempunyai panjang seratus meter dan anda melihat kedalam dari

salah satu sisi pipa. Seratus meter di sebelah sana seorang teman menghidupkan lampu senter

dan diarahkan kedalam pipa. Dikarenakan bagian dalam pipa terbuat dari bahan kaca

sempurna, maka cahaya senter akan di refleksikan pada sisi yang lain meskipun bentuk pipa

bengkok atau terpilin masih dapat terlihatpantulan cahaya tersebut pada sisi ujungnya. Jika

misalnya seorang teman anda menyalakan cahaya senter hidup dan mati seperti kode morse,

maka anda dan teman anda dapat berkomunikasi melalui pipa tersebut. Seperti itulah prinsip

dasar dari serat optik atau yang biasa dikenal dengan nama fiber optic cable.

Sebuah kabel fiber optik terbuat dari serat kaca murni, sehingga meskipun kabel mempunyai

panjang sampai beratus2 meter, cahaya masih dapat dipancarkan dari ujung ke ujung lainnya.

Helai serat kaca tersebut didesain sangat halus,ketebalannya kira-kira sama dengan tebal

rambut manusia. Helai serat kaca dilapisi oleh 2 lapisan plastik (2 layers plastic coating)

dengan melapisi serat kaca dengan plastik, akan didapatkan equivalen sebuah cermin

disekitar serat kaca.Cermin ini menghasilkan total internal reflection (refleksi total pada

bagian dalam serat kaca). Sama seperti jika kita berada pada ruangan gelap dengan sebuah

jendela kaca, kemudian anda mengarahkan cahaya senter 90 derajat tegak lurus dengan kaca ,

maka cahaya senter akan tembus ke luar ruangan. Akan tetapi jika cahaya senter tersebut

diarahkan (ke jendela berkaca) dengan sudut yang rendah (hampir paralel dengan cahaya

aslinya), maka kaca tersebut akan berfungsi menjadi cermin yg akan memantulkan cahaya

senter ke dalam ruangan. demikian pada serat optik, cahaya berjalan melalui serat kaca pada

sudut yang rendah.

Kabel fiber optik modern dapat membawa sinyal digital dengan jarak kurang lebih 60 mil

(sekitar 100 Km). Pada jalur distribusi jarak jauh biasanya terdapat peralatan tambahan

(equipment hut) setiap 40-60 mil,yang berfungsi pick-up equipment yang akan menampung,

menguatkan sinyal, dan kemudian me- retransmit-kan sinyal ke equipment selanjutnya.

3. refraktometer

Refraktometer adalah alat untuk menentukan indeks bias dengan menggunakan prinsip sudut

kritis. Refraktometer pada gamabr dibawah ini adalah refraktometer Abbe. Refraktometer

Abbe digunakan untuk menentukan indeks bias cairan dengan menggunakan prinsip sudut

kritis.

Cairan yang akan diuji diletakkan di tengah kedua prisma P1 dan P2 dalam jarak yang sangat

dekat. Cahaya dari sumber dipantulkan oleh cermin M dan masuk ke prisma P2 dalam arah

tegak lurus. Cahaya ini kemuddian dibiaskan oleh sisi miring prisma P2 dan masuk dalam

sudut hampir 900 ke prisma P1 (sinar AB). Cahaya ini kemudian dibiaskan ke prisma P2

dalam sudut bias kritis (sinar BC).

Sudut CBE = r adalah sudut datang pada sisi siku-siku

Sudut BCE = i’

Sudut BDC = u adalah sudut kaki prisma siku-siku

Dengan demikian maka

𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝐵𝐸𝐶 = 180 − 𝑢

Lihat ∆BCE maka

180 − 𝑢 + 𝑖 ′ + 𝑟 = 180 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑢 = 𝑖 ′ + 𝑟

Jika n’ adalah indeks bias prisma, dan n =indeks bias udara = 1 maka

𝑛′ sin 𝑖 ′ = 𝑛 sin 𝑟′ = sin 𝑟′

𝑛𝑐 sin 90 = 𝑛′ sin 𝑟 = 𝑛′ sin 𝑢 − 𝑖′

Sudut r’ adalah sudut putran teleskop T, sudut i’ dapat dihitung maka

𝑛𝑐 sin 90 = 𝑛′ sin 𝑢 − 𝑖′

Dengan nilai n dan u diketahui sebelumnya.

4. Indeks bias relatif dan indeks bias absolut

Jika medium pertama adalah air dan medium kedua adalah gelas yang berada di dalam air

maka :

𝑛1−2 = 𝑛1−𝑢 𝑥 𝑛𝑢−2 =𝑛𝑢−2

𝑛𝑢−1=

𝑛2

𝑛1

Dimana

𝑛1−2 = adalah indeks bias dari medium kedua relatif terhadap medium pertama

𝑛𝑢−2 = atau 𝑛2 adalah indeks bias absolut medium kedua

𝑛𝑢−1 = atau 𝑛1 adalah indeks bias absolut medium pertama

5. Pembiasan atau refraksi melalui susunan lapisan lapisan

Jika sebuah sinar melewati lapisan-lapisan dengan indeks bias yang makin lama makin naik

(n <n’< n’’< n’’’ ) kemudian kembali ke indeks bias awal maka perjalanan sinar dapat

digambar sebagai berikut

Kita dapat menghitung sudut keluar dengan menggunakan hukum Snellius secara

berkelanjutan. Sudut bias dari sudut datang medium satu akan menjadi sudut datang pada

medium 2 dan seterusnya.

6. Kedalaman nyata dan kedalaman semu

Sebuah benda pada medium pembias akan tampak lebih dekat.

Dengan menggunakan hukum Snellius maka diperoleh

n′ sin 𝑖 = n sin 𝑟

Maka

sin 𝑟

sin 𝑖=

𝑛′

𝑛= 𝑛21

Lihat ∆ABS’ maka

sin 𝑟 =𝐴𝐵

𝐴𝑆 ′

Lihat ∆ABS maka

sin 𝑖 =𝐴𝐵

𝐴𝑆

Dapat dituliskan

𝑛21 =sin 𝑟

sin 𝑖=

𝐴𝐵𝐴𝑆 ′

𝐴𝐵𝐴𝑆

=𝐴𝑆

𝐴𝑆′

Jika diambil n adalah indeks bias udara yaitu bernilai 1 maka

𝑛′ =𝐴𝑆

𝐴𝑆′=

𝐵𝑆

𝐵𝑆′

Jadi

𝑛′ =𝑘𝑒𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎

𝑘𝑒𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑚𝑢

Oleh karenanya berlaku

𝑆𝑆 ′ = 𝑆𝐵 1 −1

𝑛′

Dimana SS’ adalah jarak antara kedalaman sebenarnya dan kedalaman semu.

7. Pergeseran sinar pada kaca plan pararel

Lihat gambar dibawah ini!. Sebuah sinar datang pada kaca plan pararel kemudian keluar lgi

pada sisi yang lain. Sinar akan mengalami pergeseran sebesar d.

Lihat ∆ ABC

cos 𝑟 =𝑡

𝐴𝐵 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐴𝐵 =

𝑡

cos 𝑟

Lihat ∆ ABD

sin 𝑖 − 𝑟 =𝑑

𝐴𝐵

Maka kita dapat menentukan pergeseran sinar

𝐴𝐵 sin 𝑖 − 𝑟 = 𝑑

𝑑 =𝑡

cos 𝑟 sin 𝑖 − 𝑟

Dengan t adalah tebal kaca planpararel

8. Pembiasan pada Prisma

Keterangan :

i = sudut datang dari medium 1 ke medium 2

r = sudut bias dari sinar i

i’ = sudut datang dari medium 2 ke medium 1

r’ = sudut bias dari sinar i’

u = sudut puncak segitiga

d = sudut deviasi

jika cahaya datang pada sebuah prisma maka yang terjadi adalah sinar tersebut akan berbelok

atau menyimpang. Sudut simpangan ini biasanya disebut sebagai sudut deviasi.

Sudut deviasi d dapat dihitung sebagai berikut :

Dari hukum Snellius maka dengan mengambil nilai indeks bias udara (n=1) di luar prisma

maka

sin 𝑖 = n′ sin 𝑟

Dan

n′ sin 𝑖′ = sin 𝑟′

Hal ini dapat digunakan untuk menentukan nilai r’.

Lihat ∆𝐴𝐵𝐶 maka

180 − 𝑢 + 𝑟 + 𝑖 ′ = 180 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑢 = 𝑟 + 𝑖′

Lihat ∆𝐴𝐶𝐷 maka

𝑑 = 𝑠 + 𝑡 = 𝑖 − 𝑟 + 𝑟′ − 𝑖 ′ = 𝑖 + 𝑟′ − 𝑟 + 𝑖 ′

𝑑 = 𝑖 + 𝑟′ − 𝑢

Inilah sudut deviasi atau simpangan seberkas sinar yang masuk ke Prisma. Jika kita ubah

ubah nilai sudut datang awal dan menggunakan nilai u = 600, n=1,5 maka akan diperoleh

grafik sebagai berikut :

Ini berarti ada sebuah sudut minimun yang membuat sudut deviasi menjadi minimun. Hal ini

disebut sebagai sudut deviasi minimum.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

sud

ut d

evia

si

sudut datang

Pengukuran Sudut Deviasi Prisma

9. Sudut Deviasi Minimum

Deviasi minimum dm terjadi pada saat sudut datang tertentu pada saat sinar bias memotong

prisma menjadi segitiga samakaki (indeks bias di luar prisma n =1 (udara)). Pada saat ini :

𝑠 = 𝑡, 𝑟 = 𝑖 ′ =1

2𝑢, 𝑖 = 𝑟′ =

1

2 𝑑𝑚 + 𝑢

𝑢 = 𝑟 + 𝑖 ′ = 2𝑟, 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑟 =1

2𝑢

Karena

𝑑 = 𝑖 + 𝑟′ − 𝑢

Maka

𝑑 + 𝑢 = 𝑖 + 𝑟′ = 2𝑖 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑖 =1

2 𝑑𝑚 + 𝑢

Dari hukum Snellius diperoleh

𝑛′ =sin 𝑖

sin 𝑟=

sin 𝑟′

sin 𝑖 ′

Maka dapat dituliskan sudut deviasi minimum adalah

𝑛′ =sin

12 𝑑𝑚 + 𝑢

sin12 𝑢

10. pembiasan pada prisma yang tipis

Pada saat sudut u pada prisma sangat kecil yaitu pada sekitar 5,70 kebawah maka sin 𝑢 ≈

𝑢 𝑑𝑎𝑛 sin 𝑑𝑚 + 𝑢 ≈ 𝑑𝑚 + 𝑢 sehingga persamaan deviasi minimum prisma dapat ditulis :

𝑛′ =

12 𝑑𝑚 + 𝑢

12 𝑢

𝑛′ =𝑑𝑚 + 𝑢

𝑢

𝑑𝑚 = (𝑛′ − 1)𝑢