15. optik difraksi gelombang cahaya

• Sifat dasar & Perambatan Cahaya

A

• Superposisi GelombangB

• Interferensi Gelombang Cahaya

C

• Difraksi Gelombang Cahaya

D

• Polarisasi CahayaE

• Pembentukan BayanganF

Difraksi Franhoufer dan Fresnel Difraksi Franhoufer Celah Tunggal Intensitas pada Pola Celah Tunggal Difraksi Franhoufer Celah Ganda Kisi Difraksi

Sub Topik

• Sifat dasar & Perambatan Cahaya

A

• Superposisi GelombangB

• Interferensi Gelombang Cahaya

C

• Difraksi Gelombang Cahaya

D

• Polarisasi CahayaE

• Pembentukan BayanganF

Menjelaskan sifat cahaya apabila menemui penghalang atau lubang.

Memahami pola difraksi cahaya koheren yang melewati celah sempit.

Memprediksi pola difraksi dari cahaya yang melewati deret celah sempit yang rapat.

Menjelaskan bagaimana ilmuwan menggunakan kisi untuk menentukan panjang gelombang.

Menjelaskan efek difraksi yang membatasi detail terkecil yang dapat dilihat oleh teleskop.

Tujuan Instruksional Khusus

Peta Konsep

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Difraksi

Franhoufer dan Fresnel

Franhoufer Celah

Tunggal

Intensitas Celah

Tunggal

Franhoufer Celah Ganda

Kisi Difraksi

Sebuah CD diamati di bawah cahaya

Warna yang teramati berasal dari cahaya yang dipantukan. Warna dan intensitasnya tergantung pada arah pandang CD terhadap mata dan sumber cahaya.

Compact Disc (CD)

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Permukaan CD mempunyai lintasan beralur spiral (jarak pisah antar alur sekitar 1 µm).

Jadi, pemukaan CD seperti kisi refleksi . Cahaya yang terpantul dari jalur yang berdekatan

akan berinterferensi konstruktif hanya pada arah tertentu saja tergantung dengan panjang gelombang dan arah datangnya sinar

Salah satu bagian CD berfungsi seperti kisi difraksi untuk cahaya putih, mengirimkan warna yang berbeda-beda pada arah yang berbeda-beda

Compact Disc (CD)

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Prinsip Huygens

Tidak menyebar

menyebar

Menghasilkan pola interferensi

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Christiaan Huygens (1629-1695) – teori gelombang untuk cahaya

Newton was in favor of corpuscular (particle) nature of light: ironically both are right

Prinsip Huygens – benar untuk semua gelombang

Setiap titik pada suatu muka gelombang dapat dianggap sebagai suatu sumber baru yang kecil yang dapat menyebar searah dengan kecepatan gelombang. Muka gelombang baru adalah superposisi dari wavelet

Hal ini mengapa gelombang dapat melewati suatu celah

Prinsip Huygens

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Jika cahaya adalah gelombang, Sebuah titik terang akan muncul pada pusat bayang cakram alumunium yang disinari oleh sumber cayaha titik momokromatik

Difraksi

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Divergensi cahaya dari titik awal perambatan

Difraksi

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Difraksi berkenaan dengan berbagai fenomena yang berhubungan dengan penjalaran gelombang, seperti pembengkokan, penyebaran dan interferensi dari gelombang yang melewati suatu benda atau celah yang menggangu gelombang

Terjadi pada berbagai tipe gelombang, termasuk gel bunyi, gel air, dan gel elektromagnetik seperti cahaya tampak, sinar-x dan gel radio

Pada saat difraksi terjadi, tidak semua efek dapat jelas diamati karena panjang gelombang harus sesuai dengan ukuran celah

Pola komplek pada intensitas gelombang yang terdifraksi adalah hasil dari interferensi antara bagian yang berbeda dari gelombang yang merambat ke pengatamat pada lintasan yang berbeda.

Difraksi

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Pola terdiri dari terang pusat yang sangat kuat dengan diapit oleh pola gelap

Difraksi Fraunhofer

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Difraksi cahaya pada celah sempit dengan lebar a Setiap bagian pada celah bertindah sebagai sumber

gel cahaya Beda lintasan sinar 1 dan 3 atau antara sinar 2 dan 4

adalah (a/2) sin θ Kondisi untuk interferensi melemahkan

Difraksi celah sempit

,3 ,2 ,1sin ±±±== ma

mλθ

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Setiap puncak pola terang terletak setengah kali antara batas pola gelap

Perhatikan bawah terang pusat maksimum dua kali lebih lebar dari maksimal kedua

Distribusi Intensitas

0sin =θ0

a/sin λθ =1y

a/2sin λθ =2y

a/sin λθ −=1y−

a/2sin λθ −=2y−

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Pola difraksi yang timbul pada layar ketika cahaya dilewatkan pada celah vertikal sempit

Pola terdiri dari pola terang pusat dan pola – pola berikutnya yan lebih semit dan rendah intersitasnya

Pola Difraksi

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Panjang gelombang cahaya 580 nm dijatuhkan pada celah yang mempunyai lebar 0.300 mm. Suatu layar terletak 2.00 m dari celah. Carilah

Posisi pola gelap pertama

Lebar pola terang pusat

Lebar pola terang orde pertama

Contoh – 1

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Dua pola gelap yang mengapit terang pusat terjadi pada m=±1

tan θ = y1/L θ sangat kecil tan θ = sin θ sin θ = y1/L

Lebar terang pusat sama dengan

Lebar terang orde pertama

Solusi – 1

33

7

1093,1103,0108,5

sin −−

−

×±=××

±=±=mm

aλθ

ma

LLy 31 1087,3sin −×±=±=≈

λθ

my 31 1074,72 −×=

my 31 1087,3 −×=

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Intensitas pola difraksi celah tunggal Fraunhofer

Imax intensitas pada θ = 0 (maksimum pusat)

Intensitas pola difraksi celah tunggal

θλπβ sin

2a=2

2sinββ

maksII =

θλππ sin

22 a=

aλθ =sin

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Celah segiempat

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Tidak hanya difraksi yang terjadi pada setiap celah tetapi juga interferensi dari gelombang dari celah yang berbeda.

Intensitas pola difraksi celah ganda

2

22 sinsin

cosββ

λθπ

=

dII maks

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Kondisi untuk interferensi maximal d sin θ = mλ Difraksi minimum terjadi ketika a sin θ = m λ Untuk menentukan dimana interferensi maksimum

berhimpit dengan difraksi minimum pertama

Intensitas pola difraksi celah ganda

λλ

θθ m

ad

=sinsin

mad=

d = 18 µma = 3 µmm = 6

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Kemampuan alat optik untuk membedakan dua benda yang berdekatan karena dibatasi oleh sifat dasar gelombang cahaya

Resolusi celah tunggal & celah lingkaran

Cukup lebar untuk poladifraksi dapat dibedakan

Pola difraksi tumpang tindih

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Resolusi celah tunggal & celah lingkaran

Sumber tepisah jauhSumber hampir

berdekatanSumber

berdekatan

Kriteria Rayleigh: Ketika maksimum pusat jatuh pada minimum pertama bayangan yang lain, bayangan dikatakan dapat dipisahkan

Sudut antara dua sumber pada celah harus lebih besar dari λ/a jika bayangan dapat dipisahkan.

Resolusi sudut batas suatu celah lingkaran adalah

Resolusi celah tunggal & celah lingkaran

aλθθ =≈ minsin

Dλθ 22,1min =

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Perkirakan resolusi sudut batas mata manusia, asumsikan resolusinya hanya ditentkan oleh difraksi. Ambilah suatu panjang gelombang 500 nm, dekat dengan pusat spektrum cahaya tampak. Meskipun diameter pupil bervariasi dari orang ke orang, ambilah suatu diameter 2 mm dan sumber titik berada 25 cm dari mata

Contoh – 2

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Solusi untuk θ minimal

karena θmin kecl

Mendekati tebal rambut manusia

Solusi – 2

arcof 1min103

102105

22,122,1

4

3

7

min

≈×=

××

==

−

−

−

rad

mm

Dλθ

Ld

≈≈ minminsin θθ

cmradcmLd 34 108)103)(25(sin −− ×=×== θ

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Peralatan yang digunakan untuk menganalisis sumber cahaya

Terdiri dari banyak celah paralel yang sama

Kisi Difraksi

Setiap celah menghasilkan difraksi, dan sinar difraksi interferensi dengan yang lainya menghasilkan pola akhir

Kondisi untukinterferensimaksima

,3 ,2 ,1sin == mmd λθ

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Distribusi intensitas

Kisi Difraksi

22

0 sinsinsin

=

δδ

ββ N

II

→=

====

====

utama maks pada kecuali

sin atau sin jika(min) 0

sin atau sin jikautama) (maks

sinsin

2

2

mNnNn

dNnd

mdmd

NN

λθπθλπδ

λθπθλπδ

δδ

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Kisi difraksi dapat digunakan untuk memisahkan spektrum sesuai dengan komponen panjang gelombangnya

Daya pisah

Sebuah kisi yang mempunyai daya pisah tinggi dapat membedakan perbedaan panjang gelombang yang kecil

Daya pisah difraksi pada orde mth

Daya pisah meningkat dengan meningkatnya jumlah orde dan dengan meningkatnya jumlah celah

Kisi Difraksi

( )λλ

λλλλ

∆=

−+

=12

2121

R

NmR =

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Difraksi sinar-x telah membuktikan untuk menjadi teknik bernilai tinggi untuk menjelaskan struktur kristal dan untuk memahami struktur suatu materi

Difraksi sinar-X pada kristal

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

Kondisi untuk interferensi menguatkan (maksimal pada sinar pantul)

Jika panjang gelombang dan sudut difraksi diukur, dapat digunakan untuk menghitung jarak antara bidang atom.

Hukum Bragg

,3 ,2 ,1sin2 == mmd λθ

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E

•Franhoufer dan Fresnel A

•Franhoufer Celah Tunggal

B

• Intensitas Celah Tunggal

C

•Franhoufer Celah Ganda

D

•Kisi Difraksi E