Interferensi Celah Ganda Young dan Birefringence

II.1. Interferensi CahayaInterfrensi cahaya yaitu perpaduan dari dua gelombang cahaya yang datang bersama di suatu tempat.Syarat untuk mendapatkan pola interferensi yang baik :1.Gelombang cahaya harus koheren, yaitu mempunyai beda fase yang selalu tetap dan frekuensi yang sama.Kedua beda fase boleh nol, tetapi tidak harus nol.2.Amplitudonya harus sama.Gejala yang ditimbulkan yaitu garis terang yang terjadi pada interferensimaksimum (konstruktif), dan garis gelap terjadi pada ineterferensi minimum (destruktif).Interferensi ada 2, yaitu :

II.1.1. Interferensi Celah Ganda ( Percobaan Thomas Young )Hasil Percobaan Young yaitu terdapat serangkaian garis yang terang seperti deret-deret cahaya terang. Hasil percobaan tersebut adalah fenomena interferensi gelombang cahaya. Hal ini dengan membayangkan cahaya sebagai gelombang datar dengan panjang gelombang tunggal (disebut monokromatik = eka warna = satu warna) dijatuhkan pada kedua celah sempit yang berdekatan. Akibat difraksi (pelenturan cahaya saat gelombang melewati suatu celah permukaan yang sempit), gelombang yang meninggalkan kedua celah tersebut menyebar sama seperti permukaan air yang tenang lalu dilemparkan batu memunculkan riak-riak gelombang yang menyebar dari titik asal jatuh batu.Demikian pula halnya difraksi gelombang setelah melewati celah sempit, kedua celah seolah-olah menyebarkan riak-riak gelombang cahaya hal ini berfungsi sebagai sumber getaran yang lalu menimbulkan pola sebaran gelombang menyebar (divergen). Gelombang yang melewati ke-2 celah sempit ini menyebar dan menempuh jarak yang sama hingga mencapai satu fase. Saat di mana dari suatu gelombang tiba pada saat yang sama dengan puncak gelombang yang lain. Amplitudo kedua gelombang bergabung untuk membentuk amplitudo yang lebih besar samadengan interferensi ini dinamakan interferensi konstruktif.Selisih lintasan cahaya sumber S1dan S2adalahS :S = S2P S1P = d . sina)Interferensi Maksimum ( Terang )Interferensi maksimum akan terjadi jika kedua gelombang memiliki fase yang sama, yaitu ketika beda lintasannya sama dengan nol atau bilangan bulat kalipanjang gelombang.Rumus : d sin=m. Dengan m= 0, 1, 2, . . . . .Bilanganmdisebut orde terang. Untukm= 0 disebut terang pusat,m= 1 disebut terang ke-1, dst. Karena jarak celah ke layar l jauh lebih besar dari jarak kedua celah d (l > d), maka sudutsangat kecil, sehingga sin= tan=y, dengan demikian :Rumus:y . d=m. L s = d siny . d L=m. b)Interferensi Minimum ( Gelap )Interferensi minimum pada celah ganda akan terjadi jika kedua gelombang berbeda fase sebesar 1800, yaitu ketika beda lintasannya sama dengan bilangan ganjil kali setengahpanjang gelombang.Rumus : d sin= (m+1/2)Dengan m= 1, 2, 3, . . . .Bilanganmdisebut orde gelap. Tidak ada gelap ke nol. Untukm= 1 disebut gelap ke-1, dst. Mengingat sin= tan=y, dengan demikian :Rumus :y . d= (m+1/2)L s = d sin y . dL = (m+1/2)

Keterengan :s = beda lintasan antara kedua gelombang (m)= sudut fase (o)y = jarak titik ke terang pusat(m)d = jarak kedua celah (m)L=jarak celah ke layar (m)m= orde interferensi= panjang gelombang cahaya (m)

II.1.2. Interferensi Lapisan Tipis

a)Interferensi Saling Menguatkan (Terang)2 n d = (m+1/2)Jika cahaya yang jatuh pada lapisan tipis membentuk sudutyang relatif besar, maka :2 n d cos= (m+1/2)Denganm= 0, 1, 2, 3, . . . .b)Interferensi Saling Melemahkan (Gelap)2 n d =m.Jika cahaya yang jatuh pada lapisan tipis membentuk sudutyang relatif besar, maka :2 n d cos=m.Denganm= 1, 2, 3, . . . .Keterangan :n= Indeks bias lapisand =tebal lapisan tipis (m)= Panjang Gelombang (m)m= bilangan ordeII.2. Difraksi CahayaDifraksi cahya yaitu peristiwa pembelokan gelombang cahaya setelah melewati suatu penghalang.Pada peristiwa difraksi ini juga dihasilkan garis terang dan garis gelap.

II.2.1.Difraksi Celah Tunggal

dsin=m.Dimanam= 1, 2, 3, . . . . .

II.2.2.Difraksi Celah Majemuk (Kisi)1.Tetapan KisiYaitu jarak antara dua celah yang berdekatan.d=1 N2.Menentukan Panjang Gelombang dengan Kisi Difraksidsin mJika cahaya putih dijatuhkan pada kisi difraksi, untukm= 0 akan terbentuk garis putih terang.Sedangkan untuk hargamyang lain akan terbentuk warna-warna pelangi.II.3. PolarisasiII.3.1. Pengertian PolarisasiPolarisasi adalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang. Gejala polarisasi hanya dapat dialami oleh gelombang transversal saja, sedangkan gelombang longitudinal tidak mengalami gejala polarisasi. Fakta bahwa cahaya dapat mengalami polarisasi menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal.Pada umumnya, gelombang cahaya mempunyai banyak arah getar. Suatu gelombang yang mempunyai banyak arah getar disebut gelombang tak terpolarisasi, sedangkan gelombang yang memilki satu arah getar disebut gelombang terpolarisasi.Gejala polarisasi dapat digambarkan dengan gelombang yang terjadi pada tali yang dilewatkan pada celah. Apabila tali digetarkan searah dengan celah maka gelombang pada tali dapat melewati celah tersebut. Sebaliknya jika tali digetarkan dengan arah tegak lurus celah maka gelombang pada tali tidak bisa melewati celah tersebut.Sinar alami seperti sinar Matahari pada umumnya adalah sinar yang tak terpolarisasi. Cahaya dapat mengalami polarisasi dengan berbagai cara, antara lain karena peristiwa pemantulan, pembiasan bias kembar, absorbsi selektif, dan hamburan.

II.3.2. Penyebab terjadinya PolarisasiII.3.2.1 Polarisasi karena PemantulanCahaya yang datang ke cermin dengan sudut datang sebesar 57o, maka sinar yang terpantul akan merupakan cahaya yang terpolarisasi. Cahaya yang berasal dari cermin I adalah cahaya terpolarisasi akan dipantulkan ke cermin.Apabila cermin II diputar sehingga arah bidang getar antara cermin I dan cermin II saling tegak lurus, maka tidak akan ada cahaya yang dipantulkan oleh cermin II. Peristiwa ini menunjukkan terjadinya peristiwa polarisasi. Cermin I disebut polarisator, sedangkan cermin II disebut analisator. Polarisator akan menyebabkan sinar yang tak terpolarisasi menjadi sinar yang terpolarisasi, sedangkan analisator akan menganalisis sinar tersebut merupakan sinar terpolarisasi atau tidak.

II.3.2.1 Polarisasi karena Bias Kembar (Pembiasan Ganda)Polarisasi karena bias kembar atau disebut pembiasan ganda atau Birefringence dapat terjadi apabila cahaya melewati suatu bahan yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari satu, misalnya pada kristal kalsit. Cahaya yang lurus disebut cahaya biasa, yang memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini tidak terpolarisasi. Sedangkan cahaya yang dibelokkan disebut cahaya istimewa karena tidak memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini adalah cahaya yang terpolarisasi.Eksperimen membuktikan bahwa gelombang/sinar biasa (gelombang atau sinar o)dan gelombang atau sinar luar biasa (gelombang atau sinar e) dalam kristal pembias ganda atau kembar atau rangkap terpolarisasi linier dalam arahyang saling tegak lurusdengan caramemisahkan jenis gelombang yang satu dengan gelombang yanglainnya untukmemperoleh cahaya yang terpolarisasi linier.Ada beberapa cara agar pemisahan cahayatersebut dapat dilakukan, yaitu:1.Salah satu jenis sinar itudibuat mengalami pemantulaninternal dan menjadi menyimpang ke samping, sehingga jenis sinar yang satulagiberjalan terus tanpa menyimpang.2.Kedua jenis sinar itu dipisahkansedikit saja,sehingga pada jarak yang cukupjauh dari prisma pemisah hanya satu jenis sinar yangterhalang.3.Jenis sinar yang satu mungkinterserap, sedangkan yang satu lagi tidak.Jika eksperimen dilakukan pada berbagai sudut masuk, maka salah satu sinar, yaknisinarbiasa (sinar o) akan menuruti HukumRefraksi Snellius. Sedangkan sinar yang lainnya, yakni sinar luar biasa (sinar e) tidak akan menuruti HukumRefraksi Snellius. Misalkan sudut masuk untukcahaya masuk adalah nol, tetapi sudut refraksi dari sinar e,bertentangan dengan ramalan Hukum Snellius, tidaklah sama dengan nol.Pada umumnya, sinar e tersebut malah tidak terletak di bidang masuk.Eksperimen juga membuktikan bahwa jikaarah sinar datangnya miring, makakeadaan polarisasinya agaklebih rumit secara geometris, tetapi hasil fisisnya sama. Iniartinya bahwa untuksinardatang tertentu, terdapat dua gelombang bias yang berbeda yang merambat dalam arahberbeda dan terpolarisasi tegak lurussatu terhadap yang lain.Perbedaan ini di antara gelombang-gelombang yang dinyatakan oleh sinar odari sinar e terhadap Hukum Snellius dapat diterangkan sebagai berikut:1.Gelombang omerambatdi dalam kristal dengan laju v0yang sama pada semua arah. Dengan kata lain, untukgelombang ini pada kristal kalsit tersebut mempunyai satu indeks refrasi tunggal n0,persis menyerupai sebuah benda padat yang isotropik.2.Gelombang e mermbat di dalamkristal dengan laju v0yangberubah dengan arah mulai dari v0ke suatu nilai yang lebihbesar (untuk kalsit) vc. Dengan kata lain,indeks refraksi yang didefinisikan sebagai c/v,berubah dengan arqah mulai dari n0ke suatu nilai yang lebih kecil (untukkalsit) nc. Kuantitas-kuantitas n0dannc dinamakan indeks refraksi utama (principal indices ofrefraction) untuk kristal tearsebut.

II.3.2.1 Polarisasi karena AbsorbsiSelektif Polaroid adalah suatu bahan yang dapat menyerap arah bidang getar gelombang cahaya dan hanya melewatkan salah satu bidang getar. Seberkas sinar yang telah melewati polaroid hanya akan memiliki satu bidang getar saja sehingga sinar yang telah melewati polaroid adalah sinar yang terpolarisasi. Peristiwa polarisasi ini disebut polarisasi karena absorbsi selektif. Polaroid banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain untuk pelindung pada kacamata dari sinar matahari (kacamata sun glasses) dan polaroid untuk kamera.

II.3.2.1 Polarisasi karena HamburanPolarisasi cahaya karena peristiwa hamburan dapat terjadi pada peristiwa terhamburnya cahaya matahari oleh partikel-partikel debu di atmosfer yang menyelubungi Bumi. Cahaya matahari yang terhambur oleh partikel debu dapat terpolarisasi. Itulah sebabnya pada hari yang cerah langit kelihatan berwarna biru. Hal itu disebabkan oleh warna cahaya biru dihamburkan paling efektif dibandingkan dengan cahaya-cahaya warna yang lainnya.

II.4. Contoh Soal1.Dua buah celah sempit berjarak 0,3 mm, disinari cahaya ehingga terbentuk pita-pita hasil intereferensi pada sebuah layar yang berjarak 1,2 m dari kedua celah tersebut.Jika letak pita terang ke-3 adalah 12 mm dari titik pusat, tentukan panjang gelombang cahaya yang digunakan!Diketahui :d= 0,3 mmL = 1,2 m = 1200 mmm= 3y = 12 mmDitanya :Jawab :y . d=m. L12 x 0,3= 3 x 12003,6 = 3600 mmJadi, panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah 0,001 mm.2.Selaput tipis air sabun disinari dengan arah tegak lurus dengan menggunakan cahaya natrium 589,3 nm. Jika indeks bias air sabun adalah 1,33, hitunglah :a)Tebal minimum selaput yang tampak terang ?b)Tebal minimum selaput yang tampak gelap ?Diketahui :nmn = 1,3300(Tegak Lurus)Ditanya :a)d terang (m= 0 untuk tebal minimum )b)d gelap (m= 1 untuk tebal minimum )Jawab :a.)2 n d cos= (m+1/2)2 x 1,33 x d x cos 00= ( 0 +1/2) 589,32,66 x d x 1 = (1/2) 589,32,66 x d = 294,65d =294,65 2,66d = 110,77 nm

b.)2 n d cos=m.2 x 1,33 x d x cos 00= 1 x 589,32,66 x d x 1 = 589,32,66 x d = 589,3d =589,3 2,66d = 221,5 nm3.Cahaya dengan panjang gelombang 5 x 10-7m melewati suatu celah dengan lebar 1 mm. Tentukan lebar pita terang pusat pada layar yang berjarak 25 cm dari celah (dalam satuan derajat).Diketahui :5 x 10-7md= 1 mm = 1 x 10-6mL = 25 cmDitanya :Jawab :d sin=10-6sin5 x 10-7sin5 x 10-7 10-6sinx 10-1Lebar pita terang pusat 2adalah 6004.Tentukan sudut yang dibentuk oleh garis terang orde-1 dan orde-2 jika cahaya dengan panjang gelombang 300 nm dan 450 nm dijatuhkan pada kisi difraksi yang mempunyai 10.000 garis/cm.Diketahui :N = 10.000 garis/cmd=1N = 1 10.000= 10-6nm = 3 x 10-7mnm = 4,5 x 10-7mOrde-1 = m = 1Orde-2 = m = 2Ditanya :

Jawab:1.Orde-1 untukdsinm .10-6x sinx 3 x 10-7sin3 x 10-7 10-6sin= 3 x 10-1= 17,502.Orde-1 untukdsinm .10-6x sinx 4,5 x 10-7sin4,5 x 10-7 10-6sin= 4,5 x 10-1= 26,70

3.Orde-2 untukdsinm .10-6x sinx 3 x 10-7sin6 x 10-7 10-6sin= 6 x 10-1= 36,904.Orde-2 untukdsinm .10-6x sinx 4,5 x 10-7sin9 x 10-7 10-6sin= 9 x 10-1= 64,20

5.Seberkas sinar monokromatik dengan panjang gelombang 5 x 10-7m datang tegak lurus pada kisi. Jika spektrum orde kedua membuat sudut 300dengan garis normal pada kisi, tentukan jumlah garis per cm kisi tersebut.Diketahui =5 x 10-7m= 30oDitanya :Jawab :dsin=m .dsin 300= 2 x 5 x 10-7dx 5 x 10-1= 10 x 10-7d=10 x 10-7 5 x 10-1d= 2 x 10-6cm/garisMenentukan jumlah garis per cm :d=1 N2 x 10-6=1N N = 1 2x 10-6 N = 5000 garis/cm