pengukuran panjang gelombang laser menggunakan … · 2018. 7. 20. · gelombang cahaya dari sumber...

PENGUKURAN PANJANG GELOMBANG LASER

MENGGUNAKAN INTERFEROMETER FABRY PEROT

DENGAN FFT

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

Agatha Aprilia Kristanti

NIM: 141424018

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i



DENGAN FFT

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:


NIM: 141424018

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018


.l


Tanggal. 08 Juni 20i8

SKRIPSI

DENGAN FFT


I$'trq "pd'S'o.{os"ru1"1 saEBqoA'r(I

rre>lrprpusd nurll uup uurun8ey sellruIeC

Btof ltnt 0t ?ru{u.{8o;

'lS 'nt'rreprre1ns ppsn8y pg'q

'ls'nl'snuua;re5 r{$oc's{[

'S'tr { 'uso}u?g rpg sn4eu61 '"lq

'g'yq ?solueg ryg mqeu81 'tg

'pd 'S 'olgpng r$uy snur[acrel1l 'r(1

de4Suel BrrrBN

{nBus6 epprad usunsns

1e-m,{s fi1n$strrsm uu1ef.{up uep

BI0Z IInf 91 p88uul epe4

rln8ued ertrued uedep rp ue{ueqeuedp qelel

eloEBuy

e1o38ry-

eioS8uy

srJBior{es

eryox

8I{}fr?I,,I :pltjN

puelsr:1 elllrdy eqle8y

qolo s{n}Ip uep ueldersredr6

T.{C NYSNgfl

J,OUgd AUflvC Uf If,LdOXtr.{UgINI illyxvhin33Ntrr,rl

UtrSYT 3I{VflWO'If, I} SNYf \IYd NIYUNXO 5NIf, d

ue8uul6"pueg

TSdNTHS


iv

LEMBAR PERSEMBAHAN

Hasil karya dan perjuanganku, kupersembahkan untuk:

Bapak Agustinus Tukijan

Ibu Kristina Suni

Adekku Andreas Angga Asmaranata

Teman-teman Pendidikan Fisika 2014


PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tLrlis ini tidak

memuat karya atas bagian karya orang lain kecuali yang telah clisebutkan dalam

kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 10 Juli 2018


Penulis


LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma:

Nama : Agatha Aprilia Kristanti

NIM :141424018

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

..PENGUKURAN PANJANG GELOMBANG LASER MENGGUNAKAN

INTERF'EROMBTER FABRY PEROT DENGAN FF'T"

Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan hak untuk

menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk

pangkalan data, mendistribusikannya secara terbatas dan mempublikasikarurya di

internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari

saya maupun memberikan royalti selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dilihat di Yogyakarta

Pada tanggai: 10 Juli 201 8

Yang menyatakan,

vi



vii

ABSTRAK



DENGAN FFT

Telah dilakukan pengukuran panjang gelombang laser dengan

menggunakan interferometer Fabry Perot. Interferometer ini dilengkapi dengan

penggerak salah satu cerminnya. Selama salah satu cermin bergeser, intensitas

cahaya hasil interferensi dimonitor menggunakan sensor cahaya yang

dihubungkan dengan interface LabPro. Selanjutnya cacah perulangan frinji

dihitung dengan menggunakan fasilitas Fast Fourier Transform yang tersedia di

software LoggerPro. Nilai panjang gelombang dihitung dari nilai jarak pergeseran

cermin dan cacah perulangan frinji. Panjang gelombang hasil pengukuran dari

laser HeNe, laser pointer hijau dan laser pointer merah berturut-turut adalah

(629±8) nm, (531 6) nm, dan (646 9) nm. Hasil pengukuran ini sesuai dengan

spesifikasi dari laser yang bersangkutan. Metode ini digunakan untuk kepentingan

pembelajaran di laboratorium.

Kata kunci: interferometer Fabry Perot, FFT, laser.


viii

ABSTRACT

THE LASER WAVELENGTH MEASUREMENT USES FABRY

PEROT INTERFEROMETER WITH FFT

Experiment with Fabry Perot interferometer has been done for measuring

the laser wavelength. The interferometer is equipped with a mirror driving

mechanism. During the mirror movement the fringe was monitored using a light

sensor connected to an interface LabPro. The fringe number was analyzed using a

Fast Fourier Transform program available in LoggerPro. The laser wavelength

was calculated from the mirror displacement and the number of fringes. The

wavelength of HeNe laser, green laser pointer and red laser pointer are (629 ±8)

nm, (531 ± 6) nm dan (646 ± 9) nm, respectively. This experiment is suitable for

undergraduate laboratory.

Key words: interferometer Fabry Perot, FFT, laser.


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas rahmat dan berkat-Nya yang

begitu melimpah dan cinta yang begitu luar biasa. Berkat dan kasih-Nya yang luar

biasa melmpah, penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Karena

cintanya pula skripsi yang berjudul “PENGUKURAN PANJANG

GELOMBANG LASER MENGGUNAKAN INTERFEROMETER FABRY

PEROT DENGAN FFT” dapat berjalan dengan baik dan terselesaikan dengan

baik. Penelitian skripsi ini merupakan salah satu syarat guna memperoleh gelar

sarjana pendidikan untuk Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan

dan Ilmu Pendidikan.

Penulisan dan penelitian ini bisa terselesaikan dengan baik bukan hanya

karena penulis saja, melainkan banyak pihak yang senantiasa membantu serta

memberi dukungan kepada penulis. Ucapan terimakasih yang begitu dalam

diucapkan kepada:

1. Dr. Ign. Edi Santosa, M.S., selaku dosen pembimbing yang senantiasa

dengan tulus hati membimbing, meluangkan waktu, memotivasi,

mengarahkan, mendengarkan kesulitan yang dialami tentang penelitian ini

serta memberikan solusi terbaiknya.

2. Bapak Petrus Ngadiono selaku laboran yang selalu membantu dalam

pengadaan alat, memberi saran terhadap kesulitan dalam pemilihan alat.


x

3. Bapak Aufridus Atmadi selaku DPA yang selalu membimbing dan

memantau perkembangan skripsi mahasiswanya serta ucapan terimakasih

untuk dosen-dosen Pendidikan Fisika atas segala bimbangannya dalam

membantu kelancaran penelitian.

4. Bapak Albertus Hariwangsa Panuluh dan Ibu Elisabeth Dian Atmajati,

yang sudah bersedia menyediakan waktu untuk membantu dalam

menghadapi kesulitan selama penelitian.

5. Dosen-dosen Pendidikan Fisika yang telah membantu saya dalam

perkuliahan selama ini.

6. Bapak dan Ibu tercinta di rumah, Agustinus Tukijan dan Kristina Suni

yang selalu mendoakan serta memberikan kasih sayangnya dalam

memberikan semangat dan dukungan kepada penulis.

7. Adekku tersayang Andreas Angga Asmaranata yang telah memberi

semangat untuk berjuang menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Mas Jeri dan Mas Toni yang telah meluangkan waktu untuk membantu

mengatasi kesulitan selama penelitian.

9. Kakak-kakak dan teman bimbingan skripsi, Mas Hendi, Mbak Feli, Mbak

Sesi dan Kak Arlin yang menjadi penyemangat dan penginsipirasi.

10. Para Janet Hesti, Anas, Stella dan Vero yang selalu menjadi penyemangat,

pencetus ide-ide refreshing dan tempat mencurahkan segala suka dan duka

selama perkuliahan.

11. Seluruh mahasiswa Pendidikan Fisika angkatan 2014 yang telah berjuang

dan berdinamika bersama.


1 2. Teman-teman seperjuangan selama menempuh pendidikan.

13. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang secara

langsung dan tidak langsung membantu.

Penulis menyadari bahr'va penulisan skripsi ini belum mencapai

tahap sempuma. Untuk iru, krittk. salan yang membanglrn akan diterirna

dengan senang hati penulis berharap skripsi ini bemranfaat bagi pembaca.

Yogyakarta, 08 Juni 20 1 8

Penulis


xi


DAFTAR ISI

xii


xiii


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1. Gelombang harmonik, A adalah amplitudo dan λ adalah panjang

gelombang ............................................................................................................. 11

Gambar 2. 2. (a) Contoh gelombang longitudinal dan (b) gelombang transversal 13

Gambar 2. 3. Interferensi saling menguatkan (konstruktif)................................... 15

Gambar 2. 4. Interferensi saling melemahkan (destruktif) .................................... 15

Gambar 2. 5. Interferensi pemantulan ganda ........................................................ 16

Gambar 2. 6. Interferometer Fabry Perot .............................................................. 18

Gambar 3. 1. Susunan interferometer Fabry Perot dan peralatan pendukung ...... 23

Gambar 3. 2. Tampilan data collection ................................................................. 28

Gambar 4. 1. Intensitas cahaya dari Laser HeNe selama waktu 0-5 menit ........... 32

Gambar 4. 2. Intensitas cahaya dari laser HeNe selama selang waktu 3,0 - 4,0

menit ...................................................................................................................... 33

Gambar 4. 3. Hasil Fast Fourier Transform (FFT) untuk laser HeNe................... 35


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 4. 1. Panjang Gelombang Berbagai Laser .................................................. 38


1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pengukuran kuantitatif merupakan proses membandingkan antara

ukuran yang ingin diketahui dengan standar yang telah diketahui.

Pengukuran yang baik mampu meminimalkan ketidakpastian yang dapat

berasal dari kesalahan sistematik dan kesalahan acak [Beckwith,dkk, 1987;

Sahu, 2017]. Syarat dalam pengukuran adalah tidak mengubah yang

diukur.

Untuk menentukan panjang gelombang cahaya, telah dikenal

berbagai macam metode, antara lain dengan menggunakan spektrometer

dan interferometer. Spektrometer adalah alat untuk mengukur panjang

gelombang, melalui pengamatan spektrum cahaya. Panjang gelombang

yang berbeda dipisahkan menggunakan kisi difraksi atau prisma.

Salah satu jenis spektrometer terdiri dari kolimator, piringan untuk

meletakkan kisi atau prisma dan teleskop. Piringan pada spektrometer

dilengkapi dengan busur derajat, yang memiliki skala utama dan skala

nonius. Busur derajat ini mampu menunjukkan perubahan sudut yang

kecil. Teropong pada spektrometer dapat digerakkan ke kanan atau kekiri.


2

Busur derajat terhubung dengan teropong, ketika kedudukan teropong

berubah, sudut yang ditunjukkan pada busur derajat juga berubah.

Pengukuran panjang gelombang menggunakan spektrometer

dilakukan dengan mengamati spektrum cahaya yang dilihat secara visual

melalui teleskop. Salah satu fungsi alat ini adalah untuk mengukur panjang

gelombang cahaya dari sumber yang polikromatis. Cahaya yang melalui

celah masuk ke dalam kolimator. Kolimator berfungsi untuk

menyearahkan berkas cahaya supaya sampai di kisi atau prisma. Berkas

cahaya ini kemudian dipisahkan atau diuraikan oleh kisi atau prisma.

Pemisahan atau penguraian berkas cahaya menghasilkan spektrum warna.

Selanjutnya spektrum warna yang dihasilkan diamati menggunakan

teleskop.

Pengukuran panjang gelombang dengan spektrometer, dilakukan

dengan mengukur sudut yang dibentuk oleh teleskop. Besarnya sudut dari

kedudukan teropong dilihat pada skala utama dan skala nonius yang

ditunjukkan pada busur derajat. Besarnya sudut yang terbentuk dapat

ditentukan dengan mengetahui sudut kedudukan awal teropong.

Spektrum cahaya yang diamati melalui spektrometer berupa

spektrum garis, dimana spektrum garis ini merupakan bayangan celah

yang terdapat pada kolimator. Semakin sempit celah, semakin sempit pula

spektrum garis yang dihasilkan, dan semakin tepat mengukur posisi

angulernya. Namun semakin redup spektrum cahaya yang dihasilkan

[Giancoli, 2001].


3

Interferometer adalah alat ukur yang berdasar pada gejala

interferensi. Pengukuran panjang gelombang menggunakan prinsip

interferensi telah banyak dilakukan. Salah satunya adalah analisa pola

interferensi celah banyak. Pola yang terbentuk dari interferensi adalah

garis gelap-terang. Jika pola interferensi teramati jelas, maka dalam

menentukan jarak terang pusat pertama dengan terang pusat kedua akan

lebih mudah. Variasi jarak antar celah mempengaruhi ketajaman hasil

interferensi yang teramati. Hal tersebut mengakibatkan ketidaktepatan

pengukuran besaran-besaran yang terkait. Dalam penelitian interferensi

celah banyak, pola interferensinya direkam menggunakan kamera.

Kemudian data dianalisis menggunakan analisis regresi menggunakan Ms.

Excel. Melalui berbagai penelitian, pemahaman dalam pengukuran

panjang gelombang menggunakan konsep interferensi dapat lebih

dimengerti [Handayani, 2014].

Seiring perkembangan ilmu pengetahuan, berbagai interferometer

telah dikembangkan. Terdapat berbagai macam jenis interferometer,

diantaranya adalah interferometer Michelson dan interferometer Fabry

Perot.

Interferometer Michelson terdiri dari sumber cahaya, beam splitter,

cermin tetap, layar dan cermin gerak yang terhubung dengan sistem

penggerak. Interferensi berkas cahaya dibuat dengan cara membagi berkas

cahaya. Dalam perkuliahan Praktikum Fisika Atom dan Inti di Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta, pengukuran panjang gelombang dilakukan


4

dengan menggunakan interferometer Michelson. Salah satu cermin

digerakan secara manual, sehingga pergerakkan cermin tidak konstan dan

perhitungan cacah perulangan frinji dilakukan secara konvesional

mengakibatkan kemungkinan terdapat perulangan frinji yang tidak

teramati.

Interferometer jenis lain adalah interferometer Fabry Perot. Prinsip

dari interferometer ini adalah 2 cermin yang disusun sejajar. Desain

interferometer Fabry Perot dapat ditemukan di berbagai penelitian. Salah

satu desain interferometer Fabry Perot menggunakan perangkat berupa

cermin, dudukan optika yang standar, dudukan cermin yang dipasang pada

alumunium berbentuk L, Piezo-electric Transducer (PZT), dioda, dan

batang invar. Interferometer Fabry Perot juga dapat didesain

menggunakan cermin komersial yang dilapisi emas. Lapisan emas ini

memberikan reflektifitas yang cukup baik untuk berbagai panjang

gelombang. Dengan menggunakan perangkat-perangkat tersebut, untuk

membangun interferometer Fabry Perot memerlukan biaya yang cukup

besar [Fletcher, 2005].

Interferometer Fabry Perot juga dapat dibangun menggunakan dua

buah cermin yang sangat datar dari bahan setengah perak yang dipisah

dengan jarak tertentu dan tersusun secara paralel. Dengan salah satu

cermin terhubung dengan sistem penggerak, yang dapat mengubah jarak

antara kedua cermin dengan pergeseran yang sangat kecil. Pada penelitian

ini dibutuhkan perbaikan pada aligment alat optik antara laser dan sampel


5

yang harus mendekati sempurna, hal tersebut dapat dilakukan dengan

memasang beberapa mikrometer sekrup di salah satu cermin, sehingga

berkas yang tidak sejajar dapat diselaraskan dengan mengatur sekrup-

sekrup pada cermin [Satoto, 2007].

Pada interferometer Fabry Perot, cahaya dari sumber dilewatkan

pada dua buah cermin yang sejajar, kemudian berkas cahaya tersebut akan

berinterferensi menghasilkan suatu pola gelap terang (frinji) yang

ditangkap oleh layar. Pola yang dihasilkan tergantung pada beda fase antar

gelombang, perbedaan fase gelombang ini tergantung pada lintasan optis.

Dengan demikian interferometer Fabry Perot dapat dimanfaatkan untuk

mengukur panjang gelombang cahaya sumber yang digunakan. Selain itu

interferometer Fabry Perot juga dapat digunakan untuk mengukur indeks

bias zat transparan [Satoto, 2007].

Banyak penelitian yang dilakukan untuk mengukur panjang

gelombang menggunakan interferometer. Biasanya pencatatan perulangan

frinji dilakukan secara visual ataupun menggunakan pencacah [Suparno,

2014]. Pada salah satu penelitian, cacah perulangan frinji ditangkap

menggunakan kamera [Satoto, 2007]. Namun penggunaaan kamera ini

kurang efektif karena ketajaman pola yang ditangkap oleh kamera

tergantung pada resolusi kamera yang digunakan.

Penelitian lainnya adalah pengukuran panjang gelombang laser

menggunakan interferometer Michelson ganda, dimana dalam penelitian

ini menggunakan fotodetektor yang dihubungkan dengan sebuah PC untuk


6

mencatat intensitas di pusat frinji yang selanjutnya dapat digunakan untuk

menghitung cacah perulangan frinji. Cacah perulangan frinji dihitung dari

puncak-puncak intensitas yang teramati selama selang waktu tertentu yang

sudah ditetapkan [Santosa, 2006].

Masalah yang timbul dari penelitian-penelitian tersebut adalah

kemungkinan terdapat cacah perulangan frinji yang terlewat atau tidak

terhitung. Hal tersebut dikarenakan perhitungan cacah perulangan frinji

tetap dilakukan secara konvesional.

Selain itu, perhitungan cacah perulangan frinji menggunakan

fasilitas Fast Fourier Transform (FFT) sudah pernah dilakukan pada

pengukuran panjang gelombang cahaya dengan interferometer Michelson

ganda [Santosa, 2006]. Hal tersebut dilakukan agar tidak ada cacah

perulangan frinji yang tidak dihitung atau terlewat.

Dengan mengacu pada penelitian yang sudah dilakukan

sebelumnya, penelitian yang akan dilakukan bertujuan untuk menentukkan

panjang gelombang laser menggunakan interferometer Fabry Perot.

Perhitungan cacah perulangan frinji dilakukan dengan menggunakan

fasilitas FFT yang tersedia pada software LoggerPro. Penelitian ini

menggunakan alat-alat yang sudah tersedia di laboratorium, murah dan

pengambilan data relatif cepat. Pada penelitian ini akan dilakukan

pengukuran panjang gelombang cahaya berbagai laser, yakni laser HeNE,

pointer hijau, dan pointer merah.


7

Penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi bidang pendidikan.

Diharapkan metode yang dilakukan dalam penelitian ini digunakan

sebagai bahan referensi bahan praktikum di tingkat universitas. Dengan

metode ini diharapkan mahasiswa lebih memahami konsep terkait materi

gelombang dan optika, selain itu untuk memperkaya cara pengolahan data.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian yang terdapat pada latar belakang maka dapat

dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut:

1. Bagaimana cara mengukur panjang gelombang laser menggunakan

interferometer Fabry Perot dengan Fast Fourier Transform (FFT)?

2. Berapakah panjang gelombang sinar laser HeNe, pointer hijau, dan

pointer merah?

C. Batasan Masalah

1. Pengukuran panjang gelombang dengan sumber cahaya laser HeNe,

pointer hijau, dan pointer merah.

2. Intensitas cahaya hasil interferensi dimonitor menggunakan sensor

cahaya yang dihubungkan dengan interface LabPro.

3. Data yang diperoleh dianalis mengunakan software Logger Pro.

4. Cacah perulangan frinji ditentukan dengan bantuan program FFT.

5. Sistem penggerak pada interferometer digerakkan menggunakan motor

penggerak.


8

D. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui cara mengukur panjang gelombang laser menggunakan

interferometer Fabry Perot dengan Fast Fourier Transform (FFT).

2. Dapat menentukan panjang gelombang sinar laser HeNe, pointer hijau,

dan pointer merah.

E. Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut:

Bagi peneliti:

1. Mengetahui cara mengukur panjang gelombang laser menggunakan

interferometer Fabry Perot dengan Fast Fourier Transform (FFT).

2. Mengembangkan kemampuan dalam menggunakan software Logger

Pro untuk menganalisa data.

3. Meningkatkan pemahaman tentang penggunaan interferometer Fabry

Perot.

Bagi pembaca:

1. Meningkatkan pengetahuan terkait dengan jenis-jenis interferometer

dan susunan interferometer Fabry Perot.

2. Mengetahui cara mengukur panjang gelombang dengan menggunakan

sensor cahaya dan dengan dibantu oleh fasilitas FFT yang tersedia

pada software Logger Pro.


9

3. Menggunakan metode ini sebagai bahan pembelajaran terkait dengan

pengukuran panjang gelombang di tingkat universitas.

4. Mempermudah dan memperkaya cara menganalisa data.

5. Mengetahui panjang gelombang sinar laser HeNe, pointer hijau, dan

pointer merah.

6. Menggunakan sensor cahaya dan software Logger Pro sebagai media

pembelajaran pada mahasiswa untuk mempelajari materi terkait

gelombang dan optika sehingga pembelajaran lebih menarik.

7. Bahan pembelajaran terkait pengukuran panjang gelombang di tingkat

universitas.

F. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam penelitian ini adalah:

1. BAB I Pendahuluan

Bab ini berisi uraian tentang latar belakang masalah, rumusan masalah,

batasan masalah, tujuan, manfaat, dan sistematika penulisan.

2. BAB II Dasar Teori

Bab II berisi teori-teori mengenai, gelombang, cahaya, interferensi,

interferometer.

3. BAB III Metodologi Penelitian

Bab ini memaparkan alat yang digunakan, susunan alat-alat yang

digunakan, prosedur penelitian, dan cara analisa data.


10

4. BAB IV Hasil dan Pembahasan

Bab ini menguraikan hasil penelitian dan pembahasan hasil yang

diperoleh dari eksperimen.

5. BAB V Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran.


12

Jarak antara dua puncak gelombang yang berurutan disebut panjang

gelombang (λ). Ketika gelombang menjalar menyusuri tali, tiap titik pada tali

akan bergerak naik dan turun, tegak lurus terhadap arah rambatnya, berupa

gerak harmonik sederhana dengan frekuensi f. Hubungan antara frekuensi,

panjang gelombang, dan laju gelombang harmonik dapat dilihat pada

persamaan (2.1) di bawah ini. Selama satu periode, gelombang menempuh

jarak satu panjang gelombang, sehingga laju gelombang mengikuti

persamaan:

(2.1)

dengan:

: laju gelombang (m/s)

: panjang gelombang (m)

T : periode (t)

f : frekuensi (Hz)

Ditinjau dari arah rambat gelombang dan arah getar partikel-partikel

medium, maka gelombang dapat dibedakan sebagai berikut:

1. Gelombang transversal

Gelombang transversal merupakan gelombang yang arah getar tegak

lurus dengan arah rambat.

2. Gelombang longitudinal

Gelombang longitudinal merupakan gelombang yang arah getar sejajar

dengan arah rambat gelombang.


13

Gelombang transversal dan gelombang longitudnal ditunjukkan

pada gambar 2.2. di bawah ini.

(a)

(b)

Gambar 2. 2. (a) Contoh gelombang longitudinal dan (b)

gelombang transversal

B. Cahaya

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Beberapa hakikat

tentang cahaya, antara lain:

1. Teori korpuskuler menurut Newton

Teori ini mengatakan bahwa cahaya adalah partikel-partikel atau

korpuskel-korpuskel yang dipancarkan oleh sumber cahaya dan

merambat menurut garis lurus dengan kecepatan besar.


14

Teori ini dapat menerangkan dengan jelas peristiwa pemantulan

dan pembiasan, tetapi tidak dapat digunakan untuk menerangkan

terjadinya peristiwa interferensi.

2. Teori gelombang atau teori undulasi (Christian Huygens)

Menurut Huygens, cahaya adalah gelombang yang berasal dari

sumber yang bergetar. Gelombang yang berasal dari sumber yang

bergetar ini merambat dalam medium yang disebut eter, yaitu zat yang

mengisi seluruh ruangan vakum.

Teori ini diterima karena dapat menjelaskan peristiwa-peristiwa

interferensi, difraksi, dan polarisasi.

3. Teori gelombang elektromagnetik

Maxwell mengemukakan teori, bahwa cahaya adalah gelombang

elektromagnetik.

C. Interferensi

Interferensi adalah penggabungan secara superposisi dua

gelombang atau lebih yang bertemu pada satu titik di ruang [Sarojo, 2011;

Tipler, 2001; Isaaacs, 1997]. Apabila dua buah gelombang harmonik yang

berfrekuensi dan berpanjang gelombang sama tetapi berbeda fase

digabung, gelombang yang dihasilkan merupakan gelombang harmonik

yang amplitudonya tergantung pada perbedaan fasenya.

Jika perbedaan fase 0 atau bilangan bulat kelipatan 360 ,

gelombang akan sefase dan berinterferensi saling menguatkan

(konstruktif). Amplitudonya sama dengan penjumlahan amplitudo masing-


15

masing, dan intensitasnya akan maksimum. Jika perbedaan fasenya 180

(π radian) atau bilangan ganjil kali 180 , gelombangnya akan berbeda fase

dan berinterferensi secara saling melemahkan (destruktif) dan

intensitasnya menjadi minimum [Tipler, 2001]. Interferensi saling

menguatkan dan saling melemahkan dapat dilihat pada gambar di bawah

ini.

Gambar 2. 3. Interferensi saling menguatkan (konstruktif)

Gambar 2. 4. Interferensi saling melemahkan (destruktif)


16

Perbedaan fase antara dua gelombang sering disebabkan oleh

perbedaan panjang lintasan yang ditempuh dua gelombang. Perbedaan

lintasan satu panjang gelombang menghasilkan perbedaan fase 360 , yang

ekivalen dengan tidak ada perbedaan fase sama sekali. Perbedaan lintasan

setengah panjang gelombang menghasilkan perbedaan fase 180 .

Umumnya, perbedaaan lintasan yang sama dengan ∆r menyumbang suatu

beda fase yang diberikan oleh [Tipler, 2001]:

∆

∆

(2.2)

D. Interferensi Pantulan Ganda

Interferensi pantulan ganda, berdasar pemecahan amplitudo.

Interferensi seperti ini dapat diperoleh dengan cara mengenakan berkas

cahaya pada permukaan suatu lempeng kaca seperti yang ditunjukkan pada

gambar 2.5 di bawah ini [Soedojo, 1992].

Gambar 2. 5. Interferensi pemantulan ganda


17

Berkas cahaya A datang mengenai bidang atas, sebagian diteruskan

(tA) dan sisanya dipantulkan (rA) ke atas oleh permukaan bidang batas

yang atas. Bagian yang diteruskan sesampainya di bidang batas yang

bawah, sebagian diteruskan atau ditransmisikan (t’tA) dan sisanya

dipantulkan atau direfleksikan (r’tA) kembali ke atas yang kemudian

sebagian ditransmisikan (t’r’tA) ke atas dan sisanya direfleksikan (r’r’tA)

kembali kebawah dan seterusnya [Soedojo,1992; Jenkins,1937].

Cahaya yang dipantulkan dari permukaan bawah lempeng kaca dan

ditransmisikan ke atas akan membentuk suatu pola interferensi yang dapat

diamati dari atas, sedangkan cahaya yang ditransmisikan ke bawah

lempeng kaca juga akan membentuk pola interferensi yang teramati dari

bawah. Pola yang terbentuk dari interferensi ini berupa lingkaran-

lingkaran gelap terang [Soedojo, 1992].

E. Interferometer

Interferometer adalah alat yang mempunyai cara kerja dengan

menggunakan prinsip interferensi. Terdapat berbagai macam jenis

inteferometer salah satunya adalah interferometer Fabry Perot.

Interferometer Fabry Perot adalah interferometer yang terdiri dari 2

cermin yang dipasang sejajar, dengan salah satu cerminnya dapat

digerakkan. Kedua cermin terpisah sejauh (d) yaitu sekitar 0,1 cm – 10

cm, dan pengamatan dilakukan mendekati arah normal [Jenkins, 1937;


18

Sarojo 2011]. Desain interferometer Fabry Perot dapat dilihat pada gambar

2.6. di bawah ini.

Gambar 2. 6. Interferometer Fabry Perot

Interferometer Fabry Perot yang ditunjukkan pada gambar 2.6 di

atas terdiri dari bidang atau tempat meletakkan sumber cahaya (S1S2),

lensa 1 (L1), plat 1 (E1), plat 2 (E2), lensa 2 (L2) dan layar (AB). Cahaya

monokromatik dari titik P1 mengenai L1 sebelum melintasi plat

interferometer E1E2. Sinar yang mengenai permukaan plat yang pertama

akan dipecahkan menjadi serangkaian sinar transmisi yang paralel dan

mengalami gejala interferensi pantulan berganda. Kemudian melalui L2,

yang berfungsi untuk membawa (memfokuskan) sinar-sinar paralel ini


19

bersama-sama untuk berinterferensi pada dititik P2 pada layar AB. Hasil

dari interferensi ini berupa pola gelap terang (frinji). Kondisi interferensi

menguatkan (konstruktif) mengikuti persamaan:

2 d cos θ = n λ (2.3)

Kondisi ini akan dipenuhi oleh semua titik pada lingkaran P2

dengan pusat sumbunya pada titik O1O2. Persamaan inteferensi

menguatkan pada interferometer Fabry Perot sama dengan persamaan pada

interferometer Michelson, sehingga jarak cincinya sama dengan lingkaran

frinji di instrument tersebut, dan frinji akan berubah dengan cara yang

sama, yaitu dengan menggeser salah satu cermin [Jenkins, 1937].

Ketika berkas sumber cahaya tegak lurus dengan cermin (θ=0),

maka apabila salah satu cermin digerakan sejauh 1/4 λ, akibatnya lintasan

optis berkas kedua berubah sejauh 1/2 λ, sehingga pola interferensinya

akan berubah yang semula gelap menjadi terang dan sebaliknya. Bila

cermin digerakkan sejauh 1/2 λ, lintasan optis total berkas kedua berubah

sejauh λ ini akan menyebabkan perbedaan fase kedua berkas menjadi

seperti semula. Maka pola interferensinya juga akan kembali seperti

semula. Bila cermin digerakkan pola interferensi akan berubah-ubah.

Bila cermin digerakkan pola interferensi akan terlihat berubah-

ubah. Setiap kali cermin bergerak sejauh 1/2 λ, pola interferensi akan

kembali seperti semula. Sehingga dengan menghitung cacah perulangan


20

pola interferensi n dan mengukur jarak d yang ditempuh cermin, panjang

gelombang λ sinar yang digunakan dapat ditentukan melalui persamaan:

d = n λ / 2 (2.4)

atau,

λ = 2 d /n (2.5)

dengan:

λ : panjang gelombang cahaya (m)

d : jarak pergeseran cermin (m)

n : cacah perulangan frinji

Nilai panjang gelombang cahaya dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan (2.5) dengan mengetahui cacah perulangan frinji

(n) dan jarak pergeseran cermin (d).


21

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai panjang gelombang sinar

laser. Untuk menentukan nilai panjang gelombang sinar laser perlu melalui

beberapa tahapan. Tahapan yang pertama adalah persiapan alat dan bahan.

Tahapan yang kedua adalah pengambilan data. Dan tahapan yang ketiga adalah

analisa data.

A. Persiapan Alat

Alat yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari beberapa

komponen. Alat-alat yang digunakan, yaitu:

1. Laser

Laser ini digunakan sebagai sumber cahaya. Laser yang digunakan

adalah laser HeNe dengan panjang gelombang 632,8 nm, pointer

merah dengan rentang panjang gelombang 630 - 650 nm, dan pointer

hijau dengan panjang gelombang 532 nm. Nilai panjang gelombang

tersebut tertera pada spesifikasi alat.

2. Precision Interferometer

Interferometer adalah alat ukur yang berprinsip pada gejala

interferensi. Interferometer yang digunakan adalah Precision


22

Interferometer Pasco, Scientific OS-9255. Yang sudah dilengkapi

dengan:

a. Cermin gerak (movable mirror)

Cermin gerak (movable mirror) merupakan cermin yang

kedudukannya dapat dirubah dengan penggerak.

b. Cermin diam (adjustable mirror)

Cermin diam (adjustable mirror) adalah alat yang digunakan

untuk memantulkan berkas cahaya kembali ke laser dan

meneruskan berkas cahaya laser ke cermin gerak (movable

mirror).

c. Lensa konvek (Double convex lens)

Double convex lens berfungsi untuk memfokuskan berkas

cahaya dari laser.

3. Motor penggerak

Motor penggerak digunakan sebagai penggerak sistem penggerak

pada interferometer. Sistem penggerak pada interferometer ini

berfungsi untuk menggerakkan salah satu cermin (cermin gerak).

Motor penggerak dan sistem penggerak pada interferometer

dihubungkan dengan belt.

4. Sensor Cahaya

Sensor cahaya digunakan sebagai pendeteksi intensitas cahaya di

pusat frinji yang dihasilkan dari interferometer Fabry Perot.


23

5. Komputer

Komputer digunakan untuk merekam, menampilkan dan

menganalisa data, komputer yang digunakan dilengkapi dengan

software LoggerPro.

6. Interface

Interface merupakan alat yang gunakan untuk menghubungkan

sensor cahaya dengan komputer. Interface yang digunakan dalam

penelitian ini adalah LabPro.

7. Kamera

Kamera digunakan untuk memfoto kedudukan awal dan kedudukan

akhir mikrometer.

Alat-alat selanjutnya dirangkai seperti pada gambar 3.1.

Gambar 3. 1. Susunan interferometer Fabry Perot dan peralatan pendukung

K

J

G

F E

A D

C

I

H

B


24

Keterangan gambar:

A : Sumber cahaya

B : Precision Interferometer

C : Sistem penggerak

D : Lensa

E : Cermin tetap

F : Cermin gerak

G : Sensor Cahaya

H : Belt

I : Motor penggerak

J : Komputer

K : Interface

Eksperimen menggunakan peralatan berupa: sumber cahaya (A),

“Precision Interferometer Pasco, Scientific OS-9255” (B), yang sudah

memiliki komponen lensa (D), cermin tetap (E), dan cermin yang dapat

digerakkan (F). Sistem penggerak (C) pada interferometer dihubungkan

dengan motor penggerak (I), menggunakan belt (H). Intensitas pusat frinji

dari laser dimonitor oleh sensor cahaya (G), yang dihubungkan dengan

inteface LabPro (K) ke komputer (J) yang terinstal program LoggerPro.

Laser ditembakkan menuju cermin gerak (movable mirror). Cermin

gerak akan memantulkan kembali dan meneruskan berkas cahaya dari

laser, sehingga berkas pemantulan dari cermin kembali lagi ke laser dan


25

penerusan berkas cahaya dari cermin gerak akan ditangkap oleh sensor

cahaya.

Di depan cermin gerak (movable mirror) dipasang cermin diam

(adjustable mirror), sehingga berkas sinar laser yang melewati cermin

diam ada yang dipantulkan kembali ke laser dan ada yang diteruskan ke

cermin gerak. Setelah melewati cermin gerak berkas cahaya laser akan

dipantulkan kembali ke cermin diam dan laser, sebagian berkas diteruskan

dan terjadilah interferensi yang membentuk pola berupa cincin gelap

terang (frinji).

Apabila cermin gerak (movable mirror) digerakkan melalui sistem

penggerak pada interferometer yang dihubungan dengan motor penggerak

melalui belt, maka perubahan kedudukan cermin akan mengakibatkan pola

interferensi yang berubah-ubah. Perubahan intensitas di pusat frinji akan

dicatat oleh sensor cahaya. Kemudian ditransfer ke komputer yang sudah

memiliki software Logger Pro, melalui interface LabPro.

Untuk memperoleh jarak total pergeseran cermin (dtot) dilakukan

dengan cara mencatat kedudukan awal dan kedudukan akhir yang

ditunjukkan pada mikrometer. Selain itu intensitas pada pusat frinji

dimonitor selama waktu tertentu ). Selanjutnya data perubahan

intensitas cahaya selama selang waktu tertentu (∆t) yang periodik

(berulang) akan diolah menggunakan program FFT yang sudah tersedia

pada software tersebut.


26

Sistem penggerak pada interferometer digerakkan oleh motor

penggerak, sehingga laju pergerakkan sistem penggerak selama

pengambilan data tetap konstan. Pengambilan data dilakukan dengan

menvariasikan sumber cahaya, yakni menggunakan laser HeNe, pointer

hijau, dan pointer merah.

B. Pengambilan Data

Eksperimen dilakukan secara garis besar dibagi menjadi 3 tahap,

yaitu:

1. Tahap Menyejajarkan Dua Cermin

a. Merangkai alat seperti pada Gambar 3.1.

b. Memasang penghubung (belt) antara sistem penggerak pada

interferometer dengan motor penggerak, kemudian dicek

menggunakan busur derajat.

c. Meletakkan laser di atas dongrak.

d. Mengatur ketinggian dongkrak agar berkas cahaya dari laser masuk

kecermin dan tepat ditengah cermin gerak.

e. Mengatur kedudukan laser, sehingga berkas cahaya laser yang

dipantulkan oleh cermin gerak dapat kembali ke sumber berkas

cahaya laser (berkas cahaya laser tegak lurus dengan cermin

gerak).

f. Memasang cermin diam pada Precision Interferometer Pasco pada

bagian adjustable mirror Fabry-Perot.


27

g. Mengatur kedudukan cermin diam agar berkas sinar yang

dipantulkan cermin diam kembali ke sumber berkas cahaya laser.

Sekaligus memperhatikan pola yang tampil, sampai menunjukkan

gejala interferensi (berkas cahaya laser tegak lurus dengan cermin

diam dan cermin gerak).

h. Memasang Double convex lens, mencari letak terjadinya

interferensi dengan cara menggeser-geser double convex lens

sampai tampil pola yang berbentuk cincin pola gelap terang.

i. Mengatur posisi sensor cahaya agar menangkap pola gelap terang

hasil interferensi tepat di pusat pola.

2. Tahap Pengambilan Data

Langkah-langkah yang dilakukan untuk pengambilan data berbantu

software LoggerPro adalah:

a. Membuka software LoggerPro.

b. Mengatur tampilan Logger Pro.

c. Mengatur durasi waktu perekaman data dengan mengklik icon data

collection . Tampilan data collection akan muncul seperti

Gambar 3.2.


28

Gambar 3. 2. Tampilan data collection

d. Mengatur mode keadaan time based.

e. Menentukkan waktu pengambilan data pada bagian duration.

Mengunakan satuan menit untuk pengukuran.

f. Mengatur banyaknya data yang terukur tiap satuan waktunya pada

bagian sampling rate.

g. Mefoto kedudukan awal sistem penggerak.

h. Menekan tombol collect bersamaan dengan menekan

tombol kecepatan pada motor penggerak. Setelah itu salah satu

tombol kecepatan ditekan bersamaan dengan selesainya selang

waktu pengambilan data.

i. Memfoto kedudukan akhir sistem penggerak pada interferometer.

j. Mengambil data yang lain, dilakukan sesuai langkah a-i.


29

3. Pengolahan data hubungan antara intensitas cahaya dengan waktu

Data berupa grafik hubungan intesitas cahaya terhadap waktu

kemudian diolah menggunakan fasilitas Fast Fourier Transform (FFT)

yang sudah tersedia pada software LoggerPro. Dengan memilih menu

additional graph, dan mengklik FFT Graphs.

C. Analisa Data

Data yang diperoleh dari perekaman perubahan intensitas cahaya

pada pusat frinji menghasilkan data hubungan antara intensitas cahaya

terhadap waktu. Dan data kedudukan awal dan akhir mikrometer selama

pergeseran cermin.

Analisa data secara garis besar melalui berbagai proses. Data yang

pertama diperoleh adalah jarak total pergeseran cermin (dtot) yang dapat

dilihat pada perubahan kedudukan mikrometer selama waktu pergeseran

cermin (ttot). Data kedua yang diperoleh adalah data perubahan intensitas

terhadap waktu. Dari data hubungan antara perubahan intensitas cahaya

terhadap waktu tersebut akan dipilih data selama selang waktu tertentu.

Dari data yang dipilih ini dapat ditentukan waktu awal (t1) dan waktu akhir

(t2). Besarnya selang waktu tertentu (∆t), pada data yang dipilih dapat

diperoleh melalui persamaan:

∆t = t2 - t1 (3.1)


30

Dengan mengetahui jarak total pergeseran cermin (dtot) dapat

ditentukan berapa jarak pergeseran cermin selama selang waktu tertentu

(d) menggunakan persamaan:

d = ∆

(3.2)

Proses analisa data yang kedua adalah mengidentifikasi cacah

perulangan frinji yang dihasilkan berdasarkan data yang sudah dipilih

selama selang waktu tertentu. Intensitas cahaya yang ditangkap oleh

sensor cahaya berubah seiring dengan kedudukan sistem penggerak yang

berubah. Perubahan intensitas cahaya ini menunjukkan bahwa pusat pola

yang dihasilkan dari interferensi berubah. Data perubahan intensitas

cahaya terjadi secara perodik (berulang). Selama selang waktu tertentu

(∆t) menghasilkan cacah perulangan frinji (n). Besarnya frekuensi

perulangan frinji (f) mengikuti persamaan:

∆ (3.3)

Selanjutnya, untuk menentukan cacah perulangan frinji data

perubahan intensitas cahaya yang periodik (berulang) akan diolah

menggunakan program FFT yang sudah tersedia pada software Logger

Pro. Dari hasil FFT ini akan diperoleh frekuensi. Dengan mengetahui nilai

frekuensi (f) selama selang waktu tertentu (∆t), nilai cacah perubahan frinji

(n) dapat ditentukan mengikuti persamaan:

∆ (3.4)


32

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

Percobaan pertama dilakukan dengan sumber cahaya laser HeNe.

Ketika salah satu cermin digerakkan dengan motor penggerak dengan laju

0,5 mm/sec dan lama pergeseran cermin ttot = 5 menit diperoleh jarak total

pergeseran cermin, sebesar dtot = 58 m dan data grafik hubungan

intensitas yang berubah terhadap waktu seperti pada gambar 4.1.

Gambar 4. 1. Intensitas cahaya dari Laser HeNe selama waktu 0-5 menit


33

Dari data perubahan intensitas terhadap waktu selama pergeseran

cermin tersebut dipilih data pada selang waktu tertentu. Data perubahan

intensitas terhadap waktu yang dipilih ini digunakan untuk menganalisis

jarak pergeseran cermin yang ditempuh selama selang waktu tertentu dan

digunakan untuk menentukan cacah perulangan frinji selama selang waktu

tertentu. Data yang dipilih adalah data perubahan intensitas cahaya terhadap

waktu pada selang 3,0 – 4,0 menit. Data yang dipilih ditampilkan pada gambar

4.2. di bawah ini.

Gambar 4. 2. Intensitas cahaya dari laser HeNe selama selang

waktu 3,0 - 4,0 menit

Berdasarkan Gambar 4.2. di atas diperoleh t1 = 3,0 dan t2 = 4,0,

sehingga selang waktu pergeseran cermin diperoleh melalui perhitungan

menggunakan persamaan 3.1. sebesar:

∆t = t2 –t1 = 4,0 – 3,0 = 1 menit = 60 detik


34

Jarak yang ditempuh oleh cermin selama selang waktu 1 menit

dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (3.2). Melalui

perhitungan, didapatkan jarak pergeseran cermin selama selang waktu satu

menit sebesar:

d = ∆

dtotal

d =

(58 10

-6 m)

d = 0,2 (58 10-6

m)

d = 11,6 10-6

m

Jarak pergeseran cermin yang ditempuh selama selang waktu 1 menit

adalah m.

Pada Gambar 4.2. yang ditunjukkan di atas tampak bahwa

perubahan intensitas cahaya terjadi secara periodik (berulang). Oleh

karena itu data ini akan diolah dengan menggunakan program FFT. Data

intensitas yang berubah terhadap waktu yang dimonitor selama selang

waktu 1 menit, selanjutnya diolah menggunakan program FFT. Hasil FFT

untuk laser HeNe dapat dilihat pada gambar 4.3. Dari hasil FFT tersebut

dapat diperoleh nilai frekuensi perulangan frinjinya.


35

Gambar 4. 3. Hasil Fast Fourier Transform (FFT) untuk laser HeNe

Nilai frekuensi perulangan frinji yang diperoleh dari gambar 4.3

adalah 0,614421 Hz. Pergeseran cermin berlangsung selama selang waktu

1 menit atau 60 sekon. Nilai cacah perulangan frinji (n) selama selang

waktu tertentu kemudian dihitung dengan persamaan (3.4), beserta

ketidakpastiannya adalah:

∆


36

Perhitungan nilai ketidakpastian dari cacah perulangan frinji,

diperoleh dari nilai ketidakpastian frekuensi (∆ hasil FFT. Berdasarkan

hasil FFT untuk laser HeNe yang ditunjukkan pada gambar 4.3. diperoleh

nilai f1 = 0,610352 Hz dan nilai f2 = 0,618490 Hz. Nilai ketidakpastian

frekuensi (∆ hasil FFT sebesar:

∆

∆

∆

Nilai ketidakpastian cacah perulangan frinji (n) diperoleh melalui

perhitungan sebesar:

∆

√ (

∆

)

∆ √ (

)

36,86526

∆ √

∆

∆

Kemudian dengan mengetahui nilai m dan nilai

. Nilai panjang gelombang sinar laser HeNe diperoleh dari

perhitungan dengan menggunakan persamaan (2.5) dan perhitungan ralat

panjang gelombang sebesar:


37

m

m

Nilai ketidakpastian panjang gelombang diperoleh dari perhitungan

nilai ketidakpastian FFT. Perhitungan nilai ketidakpastian dari panjang

gelombang cahaya laser HeNe adalah sebagai berikut:

∆

√(

∆

)

∆ √(∆

)

∆ √ (

)

∆ √

∆

∆ = 8 nm

Nilai panjang gelombang untuk sinar laser HeNe adalah

) nm


38

Cara yang sama dilakukan untuk memperoleh nilai panjang

gelombang sinar pointer hijau dan pointer merah. Pointer hijau atau

pointer merah diletakkan dan direkatkan di atas dudukan. Hal tersebut

dilakukan untuk mempermudah agar sinar yang berasal dari pointer hijau

atau pointer merah tegak lurus dengan cermin diam dan cermin gerak.Pada

proses perekaman data harus dipastikan bahwa laser tidak bergeser dan

dalam keadaan menyala. Oleh karena, baik pointer hijau maupun pointer

merah berbentuk silinder dan tidak dapat dinyalakan secara otomatis.

Perhitungan untuk menentukan panjang gelombang dengan sumber

cahaya poiter hijau dan pointer dapat dilihat pada Lampiran 3. Hasil

perhitungan untuk berbagai sinar laser disajikan pada Tabel 4.1 di bawah.

Pada tabel ini juga disajikan nilai panjang gelombang laser dari acuan

yang tertera pada spesifikasi alat.

Tabel 4. 1. Panjang Gelombang Berbagai Laser No. Laser λhasil peneltian (nm) λacuan (nm)

1 HeNe 629 632,8

2 Pointer Hijau 531 532

3 Pointer Merah 646 630-650


39

B. Pembahasan

Cahaya tampak terdiri dari spektrum warna merah, jingga, kuning,

hijau, biru, nila, dan ungu. Warna-warna tersebut memiliki nilai panjang

gelombang yang berbeda-beda. Dalam penelitian ini sumber cahaya yang

digunakan adalah sumber cahaya monokromatis. Panjang gelombang

cahaya diukur dengan menggunakan interferometer. Penelitian ini

bertujuan untuk mengetahui cara mengukur panjang gelombang laser

menggunakan interferometer Fabry Perot dengan Fast Fourier Transform

(FFT) dan menentukan panjang gelombang sinar laser HeNe, pointer

hijau, dan pointer merah.

Pengukuran panjang gelombang ini dilakukan dengan cara

merangkai alat-alat seperti pada gambar 3.1. Ketika berkas cahaya

mengenai cermin tetap, terdapat berkas cahaya yang dipantulkan kembali

ke sumber cahaya dan terdapat cahaya yang diteruskan ke cermin hingga

kelayar. Begitu pula berkas cahaya yang sampai ke cermin gerak terdapat

yang dipantulkan ke sumber cahaya melewati cermin tetap dan terdapat

berkas cahaya yang sampai ke layar sehingga dilayar terbentuk pola

interferensi pola-gelap terang (frinji). Jika salah satu cermin digerakkan,

pola interferensi akan berubah-ubah. Selanjutnya intensitas pada pusat

frinji akan ditangkap oleh sensor cahaya.

Salah satu cermin digerakkan dengan kelajuan 0,5 mm/s, cermin

digerakkan selama 5 menit, diperoleh data perubahan intensitas cahaya

terhadap waktu. Intensitas cahaya untuk laser HeNe dapat di sajikan pada


40

Gambar 4.1. Pada gambar tersebut terlihat bahwa data perubahan

intensitas terhadap waktu rapat sehingga tidak nampak perubahan pola

intensitasnya, sehingga untuk memperjelas tampilan pada gambar 4.2

disajikan data perubahan intensitas terhadap waktu selama 3,0 - 4,0 menit.

Data tersebut adalah data yang dipilih untuk dianalisis.

Pada eksperimen pendahuluan dilakukan pengukuran panjang

gelombang sinar laser HeNe, dimana nilai cacah perulangan frinji

dilakukan secara konvesional. Berdasarkan data perubahan intensitas

terhadap waktu yang direkam selama 5 menit, cacah perulangan frinji

ditentukan dengan menghitung puncak-puncak intensitas teramati. Dengan

jarak pergeseran cermin m dan cacah peruban frinji 180, nilai

panjang gelombang dihitung menggunakan persamaan 2.5. Nilai panjang

gelombang hasil perhitungan, yaitu 644 nm. Nilai panjang gelombang

tersebut memiliki nilai yang cukup besar dibandingkan panjang

gelombang yang tertera spesifikasi alat yang digunakan.

Pengamatan cacah perulangan frinji secara konvesioal cukup sulit

dilakukan, karena data yang dihasilkan berhimpit dan memungkinkan

kesalahan dalam menghitung jumlah puncak-puncak perubahan intensitas.

Apabila terjadi kesalahan ditengah perhitungan maka perhitungan cacah

perulangan frinji harus diulang dari awal. Selain itu menentukan cacah

perulangan frinji dengan cara tersebut membutuhkan waktu yang cukup

lama.


41

Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan dan

pertimbangan dari hasil eksperimen pendahuluan pada penelitian ini nilai

cacah perulangan frinji ditentukan dengan bantuan program FFT.

Penelitian yang pernah dilakukan menjelaskan bahwa dengan

menggunakan metode tersebut cacah perulangan frinji tidak perlu

dilakukan secara konvesional.

Dari gambar 4.2 tampak bahwa intensitas di pusat frinji terjadi

secara periodik (berulang). Data hasil perekaman perubahan intesitas

cahaya pada pusat frinji ditampilkan dalam grafik hubungan antara

intensitas cahaya terhadap waktu (gambar 4.2) dalam program Logger

Pro. Data yang dimonitor selama selang waktu 1 menit tersebut, kemudian

diolah menggunakan program FFT. Nilai frekuensi yang diperoleh dari

FFT digunakan untuk menentukan cacah perulangan frinji. Dalam FFT,

grafik hubungan intensitas cahaya terhadap waktu diubah ke grafik

hubungan amplitudo terhadap frekuensi. Frekuensi yang digunakan adalah

frekuensi puncak dari FFT. Hasil FFT untuk laser HeNe ditunjukkan pada

gambar 4.3.

Pada hasil FFT yang ideal, nilai freksuensinya diperoleh hanya satu

dan langsung dapat dipastikan bahwa frekuensi tersebut adalah frekuensi

puncak. Namun hasil FFT untuk laser HeNe yang di sajikan pada gambar

4.3, membentuk gelombang yang tidak simetris dan terjadi pelebaran.

Sehingga untuk menentukan puncak frekuensi hasil FFT harus

diperhatikan dengan baik.


42

Jarak total pergeseran cermin diperoleh dari pencatatan kedudukan

awal dan kedukan akhir mikrometer selama cermin digeser. Jarak ini

digunakan untuk memperoleh jarak yang ditempuh oleh cermin selama

selang waktu tertentu. Jarak yang ditempuh cermin gerak selama 5 menit

dengan sumber cahaya laser HeNe, pointer hijau, dan pointer merah adalah

sama, yaitu sebesar m. Sehingga jarak yang ditempuh oleh

cermin gerak selama selang waktu 1 menit juga sama, yaitu

m.

Tabel 4.1 menunjukkan bahwa nilai panjang gelombang hasil

pengukuran sesuai dengan spesifikasi laser yang digunakan. Nilai

ketidakpastian untuk panjang gelombang sumber cahaya laser HeNe

nm , pointer hijau nm dan pointer merah nm.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya nilai ketidakpastian

panjang gelombang diperoleh dari ralat jarak (∆d) pergeseran cermin dan

ralat cacah (∆n) perulangan frinji. Dalam penelitian ini ralat jarak

pergeseran cermin tidak diperhitungkan. Ralat jarak pergeseran cermin

(∆d) tidak diperhitungkan karena nilainya kecil. Ralat cacah perulangan

frinji diperoleh dari ralat hasil FFT. Sehingga ralat panjang gelombang

cahaya diperoleh dari ralat relatif. Ralat relatif ini berasal dari satu sumber,

yaitu ralat cacah perulangan frinji.

Untuk laser pointer merah spesifikasinya menunjukkan rentang

panjang gelombang yang lebar. Hasil pengukuran panjang gelombang


43

pointer merah, yaitu (646 9) nm. Rentang nilai panjang gelombang

pointer merah berkisar (630 - 650) nm. Nilai rentang panjang gelombang

ini diperoleh dari keterangan yang tertera pada pointer merah yang

digunakan. Hasil pengukuran panjang gelombang ini berada pada rentang

tersebut.

Hasil pengukuran panjang gelombang laser HeNe, yaitu (629

nm. Nilai panjang gelombang hasil pengukuran ini mendekati nilai

panjang gelombang laser HeNe yang tertera pada spesifikasi sebesar 632,8

nm. Selain itu, hasil pengukuran panjang gelombang untuk pointer hijau

adalah sebesar (531 nm. Dengan spesifikasi nilai panjang gelombang

sebesar 532 nm. Dengan demikian panjang gelombang laser HeNe dan

laser pointer hijau acuan berada pada jangkauan panjang gelombang

pengukuran.

Interferometer dengan sumber cahaya laser HeNe, pointer hijau,

dan pointer merah yang salah satu cerminnya digerakkan dengan kelajuan

0,5 mm/s dan pengambilan data dilakukan selama 5 menit. Titik-titik data

perubahan intensitas terhadap waktu yang direkam adalah 1000

sample/menit. Hal tersebut bisa dilakukan karena data direkam

menggunakan sensor cahaya, yang terhubung dengan komputer yang

terinstal software Logger Pro melalui interface LabPro. Dengan software

tersebut banyak dan lama pengambilan data dapat diatur. Untuk setiap

pengambilan data pengaturan pada “data collection” dibuat sama.


44

Nilai cacah perulangan frinji adalah faktor yang mempengaruhi

hasil pengukuran panjang gelombang cahaya. Hubungan antara panjang

gelombang cahaya dengan cacah perulangan frinji dapat dilihat pada

persamaan (2.5). Berdasarkan persamaan tersebut, terdapat satu cacah

perulangan frinji yang tidak terhitung atau terlewat sangat mempengaruhi

hasil pengukuran panjang gelombang cahaya. Penentuan cacah perulangan

frinji dengan yang dilakukan secara konvesional, kemungkinan besar

mengakibatkan terdapat cacah perulangan frinji yang terlewat atau tidak

terhitung. Dalam penelitian ini cacah perulangan cacah frinji ditentukan

dengan bantuan program FFT, sehingga masalah pada penentuan cacah

perulangan frinji dapat teratasi.

Pola interferensi hasil pengamatan seperti pada gambar 4.2 turut

memberikan pelebaran pada hasil FFT. Pelebaran ini turut menentukan

ketidakpastian pengukuran panjang gelombang cahaya. Hal yang harus

diperhatikan pada eksperimen ini adalah kedudukan dua cermin harus

benar-benar sejajar. Jika kedudukan cermin tidak benar-benar sejajar,

maka pola interferensi yang terbentuk bertumpuk-tumpuk.

Salah satu yang mempengaruhi keteraturan pola perubahan

intensitas cahaya terhadap waktu adalah pergerakkan cermin. Untuk itu

dalam penelitian ini cermin tidak digerakkan secara manual, namun

digerakkan oleh motor penggerak yang terhubung dengan sistem


45

penggerak melalui belt. Pergerakkan cermin diusahakan sehalus mungkin

tanpa getaran.

Oleh karena itu, sistem penggerak diletakkan secara terpisah dari

interferometer. Belt penghubung harus dipasang kencang dan lurus. Untuk

memastikan bahwa belt sudah terpasang lurus dilakukan pengecekan

menggunakan busur derajat. Selain itu, untuk mengurangi getaran

dilakukan dengan cara memberikan peredam.

Penggunaan pointer hijau dan pointer merah harus perhatikan

karena daya dari laser yang digunakan terbatas. Penggunaan pointer yang

terlalu lama mengakibatkan intensitas cahaya dari sumber perlaham

menurun hingga pada akhirnya pointernya mati dan harus di charge atau

ganti baterai.

Pengambilan data pada penelitian ini mengunakan sensor cahaya,

serta software Logger Pro. Berbeda dengan penelitian sebelumnya, yang

perubahan pola interferensinya direkam menggunakan kamera [Satoto,

2007]. Kemampuan penentuan cacah perulangan frinji tergantung pada

ketajaman pola yang dihasilkan. Untuk memperoleh hasil yang sesuai

membutuhkan kamera yang memiliki tingkat resolusi tinggi yang dilihat

dari segi harga tidak murah. Dan cacah perulangan frinjinya tetap dihitung

secara konvesional. Perhitungan cacah perulangan frinji secara

konvesional memungkinkan terdapat cacah perulangan frinji terlewat atau

tidak terhitung. Metode pengukuran panjang gelombang tersebut


46

membutuhkan waktu yang cukup lama untuk menghitung cacah

perulangan frinji.

Penelitian ini sensor cahaya digunakan untuk merekam perubahan

intensitas terhadap waktu. Berdasarkan data yang diperoleh tidak terdapat

permasalahan terkait ketajaman pola. Perekaman dilakukan untuk

menghindari kesalahan dalam menentukan cacah perulangan frinji.

Penggunaaan sensor cahaya dan software Logger Pro dalam penelitian ini

dapat mengatasi masalah yang timbul dalam pencatatan data yang relatif

cepat. Selain itu, pada software ini tersedia berbagai fitur yang

memudahkan dalam pengolahan data.

Penelitian ini cermin digeser dengan laju yang tetap. Dalam

penelitian ini cacah perulangan frinji ditentukan dengan menggunakan

program FFT yang tersedia di software Logger Pro. Penggunaan software

ini mempermudah dan mempercepat pengolahan data. Penentuan cacah

perulangan frinji jauh lebih mudah dan cepat dengan dibantu program

FFT. Sedangkan penentuan cacah perulangan frinji yang dilakukan secara

konvesional cukup sulit dilakukan dan membutuhkan waktu yang cukup

lama. Penentuan cacah perulangan frinji menggunakan program FFT,

masalah terlewat atau tidak terhitung cacah perulangan frinji dapat teratasi.

Peralatan yang digunakan pada eksperimen ini menggunakan

peralatan yang telah tersedia di labolatorium. Sehingga eksperimen ini

dapat digunakan sebagai materi praktikum Fisika. Selain itu, juga dapat


47

digunakan untuk pengenalan penggunaan FFT. Eksperimen ini dapat

dilakukan dalam waktu yang relatif singkat dan memperkaya cara

menganalisis data serta pembelajaran lebih menarik.

Penelitian ini juga memberikan sumbangan bagi dunia pendidikan,

terkhusus dalam pengajaran dan pembelajaran di tingkat universitas.

Penelitian ini dapat memberikan alternatif dalam pembelajaran terkait

dengan pada pokok bahasan gelombang dan optika. Materi terkait

pengukuran panjang gelombang menggunakan interferometer Fabry Perot

dapat dijadikan materi tambahan dalam pembelajaran.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini dapat dijadikan salah

satu referensi sebagai bahan praktikum di tingkat universitas. Selain

digunakan dalam praktikum, penelitian ini juga dapat digunakan dalam

memahami materi terkait gelombang dan optik. Alat yang digunakan

tersedia di labolatorium, sederhana, mudah dan pengambilan data relatif

cepat membuat metode ini cocok diterapkan pada praktikum.


48

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran panjang gelombang

cahaya laser HeNe, pointer hijau, dan pointer merah.

Berdasarkan eksperimen diperoleh hasil sebagai berkut:

1. Interferometer Fabry Perot merupakan interferometer yang terdiri dari

dua cermin yang disusun secara sejajar. Apabila salah satu cermin

digerakan maka terjadi perubahan pola interferensi. Intensitas cahaya

pada pusat frinji direkam oleh sensor cahaya dan hasilnya ditampilkan

dalam program Logger Pro berupa grafik hubungan perubahan

intensitas terhadap waktu. Nilai cacah perulangan frinji ditentukan

menggunakan program FFT. Jarak pergeseran cermin dapat dilihat

pada kedudukan mikrometer.

2. Hasil pengukuran panjang gelombang cahaya laser:

No. Laser λhasil peneltian (nm)

1 HeNe 629

2 Ponter Hijau 531

3 Pointer Merah 646


49

B. Saran

Beberapa hal dalam penelitian ini yang perlu diperbaiki untuk

kepentingan penelitian selanjutnya sehingga dapat semakin meningkatkan

kualitas penelitian ini. Berdasar penelitian ini, penulis menyarankan

kepada pembaca yang ingin melakukan penelitian selanjutnya untuk:

1. Salah satu cermin digerakkan menggunakan motor penggerak yang

tidak menimbulkan getaran.

2. Membuat dudukan laser yang lebih baik, untuk meminimalisir

kemungkinan laser bergeser.

3. Mengecek kesejajaran dua cermin, setiap pengambilan data.


50

DAFTAR PUSTAKA

Beckwith, Thomas G., dkk. 1987. Pengukuran Mekanis. Jakarta: Erlangga.

Sahu, Gregorius Adirahmat. 2017. Pengukuran Modulus Young Stainless Steel

dengan Analisis Getaran Menggunakan Force Sensor. (Skripsi S1,:

Universitas Sanata Dharma, 2017).

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Edisi Kelima Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

Handayani, Sri Lestari. 2014. “Analisis Pola Interferensi Celah Banyak Untuk

Menentukan Panjang Gelombang Laser He-Ne Dan Laser Dioda”. Jurnal

Fisika,vol. 4, no. 1, Mei 2014, hal. 26-31.

Fletcher, Colin D., dan Chad Orzel. ”Construction and calibration of a low cost

Fabry-Perot interferometer for spectroscopy experiment”, Am. J. Phys.,

vol. 73, no. 12, December 2005, hal. 1135-1138.

Satoto, Dwi, Heri Sugito, dan K. Sofjan Firdausi. “Studi Interferometer Fabry

Perot untuk Pengukuran Panjang Gelombang Cahaya”. Berkala Fisika,

vol. 10, no. 4, Oktober 2007, hal. 179-181.

Suparno, Paulus, dkk. 2014. Praktikum Fisika. Yogyakarta: Laboratorium

Universitas Sanata Dharma.


51

Santosa, Ign. Edi. “Pengukuran Panjang Gelombang Laser dengan Interferometer

Michelson Ganda”. Sigma, vol. 9, no. 2, 2006, hal: 177-186.

Santosa, Ign. Edi. ”Interferometer Michelson Ganda dengan FFT untuk

Pengukuran Panjang Gelombang Cahaya”. Seminar Instrumentasi

Berbasis Fisika 2006. Bandung.

Sarojo, Ganijanti Aby. 2011. Gelombang dan Optika. Jakarta: Salemba Teknika.

Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta:

Erlangga.

Isaacs, Alan. 1997. Kamus Lengkap Fisika. Jakarta: Erlangga.

Soedojo, Peter. 1992. Azaz-Azaz Ilmu Fisika Jilid 3: Optika. Yogyakarta: Gadjah

Mada University Press.

Jenkins, Francis A. 1937. Fundamentals of Physical Optics. New York And

London: McGraw-Hill Bool Company, Inc.


52

Lampiran 1

Alat-Alat Eksperimen dan Rangkaian Alat

A. Alat-alat yang digunakan

Interferometer Fabry Perot yang diletakkan di atas dudukan

Sensor cahaya


53

Interface LabPro

Laser HeNe


54

Pointer Merah

Pointer Hijau


55

Dongkrak

Motor Penggerak


56

B. Rangkaian Alat

Rangkain alat di lihat dari samping

Rangkaian alat di lihat dari depan


57

Lampiran 2

Foto Kedudukan Awal Dan Kedudukan Akhir pada Mikrometer

A. Laser HeNe

1. Kedukan awal

2. Kedudukan akhir


58

B. Pointer Hijau

1. Kedudukan Awal

2. Kedudukan Akhir


59

C. Pointer Merah

1. Kedudukan Awal

2. Kedudukan Akhir


60

Lampiran 3

Perhitungan Panjang Gelombang Cahaya

1. Laser HeNe

Jarak pergeseran cermin selama 5 menit dtot= 58 x 10-6

m

Intensitas cahaya terhadap waktu selama 5 menit

Intensitas cahaya selama selang waktu 1 menit

Dari gambar di atas diperoleh t1 = 3,0 dan t2 = 4,0


61

Sehingga,

∆t = t2 – t1 = 4,0 – 3,0 = 1,0 menit = 60 detik

Maka,

d = ∆

dtotal

d =

(58 10

-6 m)

d = 0,2 (58 10-6

m)

d = 11,6 10-6

m

Jarak pergeseran cermin (d) selama selang waktu 1 menit adalah 11,6 10-6

m

Menentukan cacah perulangan frinji (n) dengan FFT

Dari hasil FFT laser HeNe diperoleh nilai


62

Sehingga n,

n = f x t = 0,614421 x 60 = 36,86526

Panjang gelombang cahaya laser HeNe

=

=

= 10-6

m = 629,318767 nm = 629 nm

Menentukan Ralat

a. Ralat n

Dari hasil FFT di atas diperoleh nilai f1 = 0,610352 dan f2 = 0,618490


63

Sehingga,

∆f =0,618490 – 0,610352 = 0,008138 Hz

Maka,

∆

√(

∆

)

∆ √(

)

36,86526

∆ √

∆

b. Ralat Panjang gelombang

∆

√ (

∆

)

∆ √ (

)

∆ √

∆

∆ = 8 nm

Jadi, panjang gelombang sinar laser HeNe adalah (629 ) nm.


64

2. Pointer Hijau


m

Perubahan intensitas cahaya terhadap waktu selama 5 menit

Perubahan intensitas cahaya terhadap waktu

Dari gambar di atas diperoleh t1 = 3,0 dan t2 = 4,0


65

Sehingga,

∆t = t2 – t1 = 4,0 – 3,0= 1 menit = 60 sekon

Maka,

d = ∆

dtotal

d =

(58 10

-6 m)

d = 0,2 (58 10-6

m)

d = 11,6 10-6

m

Jadi, jarak pergeseran cermin selama 1 mmenit (d) adalah 11,6 10-6

m.

Menentukan n dengan FFT

Dari hasi FFT di atas diperoleh f =


66

Sehingga n,

n = f x t = 0,728353 x 60 = 43,70118

Panjang gelombang

=

=

= 10-6

m = 530,878113 nm = 531 nm

Jadi, panjang gelombang sinar laser pointer hijau adalah 531 nm.

Menentukan Ralat

a. Ralat n

Dari hasil FFT di atas f1 = 0,724284 dan f2 = 0,732422


67

Sehingga,

∆f = 0,732422 0,724284 = 0,008138 Hz

Maka,

∆

√ (

∆

)

∆ √(

)

∆ √

∆


∆

√ (

∆

)

∆ √ (

)

∆ √

∆

∆ = 6 nm

Jadi, panjang gelombang sinar pointer hijau adalah (531 ) nm.


68

3. Pointer Merah


m



Dari gambar diatas diperoleh t1 = 2,0 dan t2 = 3,0


69

Sehingga,

∆t = t2 – t1 =3 ,0 – 0,2 = 1,0 menit = 60 sekon

Maka,

d = ∆

dtotal

d =

(58 10

-6 m)

d = 11,6 (58 10-6

m)

d = 11,6 10-6

m

Jadi, jarak pergeseran cermin (d) yang selama selang waktu 1 menit adalah

11,6 10-6

m.

Menentukan n dengan FFT

Dari hasi FFT di atas diperoleh f =


70

Sehingga n,

n = f x t = 0,598145 x 60 = 35,8887

Panjang gelombang

=

=

= 10-6

m = 646,44303 nm = 646 nm

Menentukan Ralat

a. Ralat n

Dari hasil FFT di atas diperoleh f1 = 0,594076 Hz dan f2 = 0,602214 Hz


71

Sehingga,

∆f =0,602214 – 0,594076 = 0,008138 Hz

Maka,

∆

√ (

∆

)

∆ √ (

)

∆ √

∆

∆


∆

√

∆

∆ √ (

)

∆ √

∆

∆ = 9 nm

Jadi, panjang gelombang sinar pointer merah adalah (646 ) nm


pengukuran panjang gelombang laser menggunakan … · 2018. 7. 20. · gelombang cahaya dari sumber...

Documents