Laporan Praktikum Gelombang

Interferometer Michelson

Atika Syah Endarti Rofiqoh

4201408059

Anggota Kelompok : Sri Purwanti 4201408045 Zulis Elby Pradana 4201408049 Esti Maretasari 4201408057

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2010

Interferometer Michelson

I. Tujuan Percobaan :

1. Memahami interferensi pada interferometer Michelson.

2. Menentukan panjang gelombang sumber cahaya dengan pola

interferensi.

II. Landasan Teori

Interferensi adalah penggabungan superposisi dua gelombang atau

lebih yang bertemu pada satu titik ruang. Hasil interfrensi yang berupa

pola-pola cincin dapat digunakan untuk menentukan beberapa besaran fisis

yang berkaitan dengan interferensi, misalnya panjang gelombang suatu

sumber cahaya, indeks bias, dan ketebalan bahan.

Untuk memahami fenomena interferensi harus berdasar pada prinsip

optika fisis, yaitu cahaya dipandang sebagai perambatan gelombang yang

tiba pada suatu titik yang bergantung pada fase dan amplitude gelombang

tersebut. Untuk memperoleh pola-pola interferensi cahaya haruslah bersifat

koheren, yaitu gelombang-gelombang harus bersalah dari satu sumber

cahaya yang sama. Koherensi dalam optika sering dicapai dengan membagi

cahaya dari sumber celah tunggal menjadi dua berkas atau lebih, yang

kemudian dapat digabungkan untuk menghasilkan pola interferensi.

Pada interferensi, apabila dua gelombang yang berfrekuensi dan

berpanjang gelombang sama tapi berbeda fase bergabung, maka gelombang

yang dihasilkan merupakan gelombang yang amplitudonya tergantung pada

perbedaan fase.

Perbedaan fase antara dua gelombang sering disebabkan oleh

adanya perbedaan panjang lintasan yang ditempuh oleh kedua gelombang.

Perbedaan lintasan satu panjang gelombang menghasilkan perbedaan fase

360o, yang ekivalen dengan tidak ada perbedaan fase sama sekali.

Perbedaan lintasan setengah panjang gelombang menghasilkan perbedaan

fase 180o. Umumnya, perbedaan lintasan yang sama dengan Δd

menyumbang suatu perbedaan fase δ yang diberikan oleh :

Suatu alat yang dirancang untuk menghasilkan interferensi dan pola-

polanya yang dihasilkan dari perbedaan panjang lintasan disebut

interferometer optic. Interferometer dibagi menjadi 2 jenis, yaitu

interferometer pembagi muka gelombang dan terferometer pembagi

amplitude. Pada pembagi muka gelombang, muka gelombang pada berkas

cahaya pertama dibagi menjadi dua, shingga menghasilkan dua buah berkas

sinar baru yang koheren, dan ketika jatuh di layar akan membentuk pola

interferensi yang berwujud cincin gelap terang berselang-seling. Pola terang

terjadi apabila gelombang-gelombng dari kedua berkas sinar sefase sewaktu

tiba di layar. Sebaliknya, pola gelap terjadi apabila gelombang-gelombang

dari kedua berkas sinar berlawanan fase sewaktu tiba di layar. Agar pola

interferensi nyata, tempat garis-garis gelap terang itu harus tetap sepanjang

waktu yang berarti beda fase antara gelombang-gelombang dari kedua celah

harus tidak berubah-ubah dan hal ini hanya mungkin apabila kedua

gelombang tersebut koheren, yaitu identik bentuknya.

Untuk interferometer pembagi amplitudo, diumpamakan sebuah

gelombang cahaya jatuh pada suatu lempeng kaca yang tipis. Sebagian dari

gelombang akan diteruskan dan sebagian lagi akan dipantulkan. Kedua

gelombang tersebut tentu saja mempunyai amplitudo gelombang yang lebih

kecil dari gelombang sebelumnya. Ini dapat dikatakan bahwa amplitudo

telah terbagi. Jika kedua gelombang tersebut bisa disatukan kembali pada

sebuah layar, maka akan dihasilkan pola interferensi.

Gambar di atas merupakan diagram skematik interferometer

Michelson. Oleh permukaan beam splitter (pembagi berkas) cahaya laser,

sebagian dipantulkan ke M1 dan sisanya ditransmisikan ke M2. Bagian yang

dipantulkan ke M1 akan dipantulkan kembali ke beam splitter yang

kemudian menuju ke layar. Adapun bagian yang ditransmisikan oleh M2

juga akan dipantulkan kembali ke beam splitter, kemudian bersatu dengan

cahaya dari M1 menuju layar, sehingga kedua sinar akan berinterferensi

yang ditunjukkan dengan adanya pola-pola cincin gelap terang.

Pengukuran jarak yang tepat dapat diperoleh dengan menggerakkan

M2 pada interferometer Michelson dan menghitung cincin yang bergerak

atau berpindah, dengan acuan suatu titik pusat. Sehingga diperoleh jarak

pergeseran yang berhubungan dengan perubahan cincin :

Dengan :

Δd = perubahan lintasan optis

λ = panjang gelombang sumber cahaya

ΔN = perubahan jumlah cincin

Koherensi adalah salah satu sifat gelombang yang dapat

menunjukkan interferensi, yaitu gelombang tersebut selalu sama baik fase

maupun arah penjalarannya. Untuk menghasilkan cincin-cincin interferensi,

sangat diperlukan syarat-syarat agar gelombang-gelombang yang

berinterferensi tersebut tetap koheren selama priode waktu tertentu. Jika

salah satu gelombang berubah fasenya, cincin akan berubah menurut waktu.

Laser merupakan contoh sumber cahaya tunggal dari radiasi tampak

yangkoheren. Pada panjang gelombang yang lebih panjang, mudah untuk

menghasilkan gelombang koheren. Cahaya keluaran laser mempunyai

koherensi terhadap waktu dan ruang sangat besar dibandingkan dengan

sumber-sumber cahaya yang lain.

Ada dua konsep koherensi yang tidak begantung satu sama lain,

yaitu koherensi rruang dan koherensi waktu. Koherensi ruang adalah sifat

yang dimiliki dua gelombang yang berasal dari sumber yang sama, setelah

menempuh lintasan yang berbeda akan tiba di dua titik yang sama jauhnya

dari sumber dengan fase dan frekuensi yang sama.

Sedangkan koherensi waktu adalah sifat yang dimiliki dua

gelombang yang berasal dari sumber sama, yang setelah menempuh

lintasan yang berbeda tiba di titik yang sama dengan beda fase tetap. Jika

beda fase berubah beberapa kali dan secara tidak teratur selama periode

pengamatan yang singkat, maka gelombang dikatakan tidak koheren.

Koherensi waktu dari sebuah gelombang menyatakan kesempitan spectrum

frekuensinya dan tingkat keteraturan dari barisan gelombang. Cahaya

koheren sempurna ekivalen dengan sebuah barisan gelombang stu frekuensi

dengan spectrum frekuensinya dapat dinyatakan hanya dengan satu garis,

sehingga menunjukkan seberapa monokromais suatu sumber cahaya.

Dengan kata lain, koherensi waktu mengkarakterisasi seberapa baik suatu

gelombang dapat berinterferensi pada waktu yang berbeda.

Panjang koherensi merupakan jarak sejauh mana dapat

berinterferensi. Panjang koherensi suatu gelombang tertentu, seperti laser

atau sumber lain dapat dijelaskan dari persamaan berikut :

Dimana :

Lc = panjang koherensi

τc = koherensi waktu

c = cepat rambat cahaya

Δv = lebar spectrum

Pada interferometer Michelson, panjang koherensi sama dengan dua

kali panjang lintasan optic antara kedua lengan pada interferometer

Michelson, diukur pada saat penampakan frinji sama dengan nol. ketika

movable mirror digerakkan, maka kedua berkas laser yang melewati L1 dan

L2 memiliki jarak lintasan yang berbeda. Sehingga beda optic masing-

masing berkas adalah 2L1 dan 2L2. Jadi beda lintasan optisnya dalah :

III. Alat dan Bahan

1. Meja interferometer

2. Sumber cahaya Laser He-Ne

3. Sumber cahaya diode merah, jingga, kuning, hijau, biru, dan ungu.

4. Bangku laser

5. Beam splitter

6. Movable mirror (cermin yang digeser)

7. Adjustable mirror (cermin dengan posisi tetap)

8. Lensa konveks

9. Layar

IV. Langkah-Langkah Percobaan

1. Merangkai alat seperti gambar di bawah :

2. Menghidupkan laser

3. Mengatur laser agar tepat melewati lensa hingga terfokus ke beam

spliiter.

4. Menutup M2, dan mengatur posisi M1 sehingga berkas sinar pantul

dapat dilihat di layar.

5. Mengatur posisi M2 sehingga cahaya dari M2 berhimpit dengan cahaya

dari M1 di layar.

6. Menghitung jumlah frinji sebagai titik acuan perhitungan jumlah frinji awal.

7. Memutar sekrup M2 berlawanan dengan arah jarum jam sehingga pola

interferensi dapat dilihat.

8. Menghitung jumlah frinji sebanyak 25 kali.

9. Mencatat perubahan lintasan optis.

10. Mengulangi semua langkah di atas dengan variasi sumber cahaya.

V. Data Percobaan

Menentukan panjang gelombang sumber cahaya

No N ΔN dm(m) Δdm(m)

1 20 1,6.10-6

2 25 5 3,2.10-6

1,6.10-6

3 30 5 4,7.10-6

1,5.10-6

4 35 5 6,4.10-6

1,7.10-6

5 40 5 7,8.10-6

1,4.10-6

6 45 5 9,2.10-6

1,4.10-6

7 50 5 1,08.10-6

1,6.10-6

VI. Rencana Analisis Data

Menentukan panjang gelombang sumber cahaya

1.

2.

3.

4.

5.

6.

No

1

2

3

4

5

6

VII. Pembahasan

Interferensi gelombang adalah perpaduan dua gelombang atau

lebih pada suatu daerah tertentu pada saat yang bersamaan. Salah satu alat

yang digunakan untuk mengindentifikasi pola interferensi tersebut adalah

interferometer. Salah satu jenis interferometer tersebut adalah

Interferometer Michelson.

Pada percobaan Interferometer Michelson dilakukan dengan

meletakkan secara tegak lurus posisi Movable Mirror dan Adjustable

Mirror yang ditengahi oleh split. Dengan posisi demikian, akan terjadi

perbedaan lintasan yang diakibatkan oleh pola reflektansi dan

tranmisivitas split dari cahaya yang masuk melewati lensa 1,8 nm.

Selanjutnya, perbedaan lintasan ini akan menyebabkan adanya beda fase

dan penguatan fase (yang biasa disebut sebagai interferensi) yang

selanjutnya menyebabkan munculnya pola-pola pada cincin.

Prinsip dari percobaan interferometer Michelson yang telah

dilakukan, yaitu seberkas cahaya monokromatik yang dipisahkan di suatu

titik tertentu sehingga masing-masing berkas dibuat melewati dua panjang

lintasan yang berbeda, dan kemudian disatukan kembali melalui pantulan

dari dua cermin yang letaknya saling tegak lurus dengan titik pembagi

berkas tersebut. Setelah berkas cahaya monokromatik tersebut disatukan

maka akan didapat pola interferensi akibat penggabungan dua gelombang

cahaya tersebut. Pola interferensi itu terjadi karena adanya perbedaan

panjang lintasan yang ditempuh dua berkas gelombang cahaya yang telah

disatukan tersebut. Jika panjang lintasan dirubah dengan diperpanjang

maka yang akan terjadi adalah pola-pola cincin akan masuk ke pusat pola.

Jarak lintasan yang lebih panjang akan mempengaruhi fase gelombang

yang jatuh ke layar. Bila pergeseran beda panjang lintasan gelombang

cahaya mencapai λ maka akan terjadi interferensi konstruktif yaitu terlihat

pola terang, namun bila pergeserannya hanya sejauh λ/4 yang sama

artinya dengan berkas menempuh lintasan λ/2 maka akan terlihat pola

gelap.

Langkah pertama yang harus dilakukan dalam penelitian ini

adalah mengkalibrasi interferometer Michelson dengan cara mengatur

posisi laser, beam splitter, kedua cermin dan lensa agar sinar laser yang

melewati semua peralatan tersebut tepat segaris. Kemudian mencari pola

interferensi dengan cara menggeser-geser salah satu cermin sampai

dihasilkan pola gelap terang (cincin) pada layar. Kalibrasi mikrometer ini

bertujuan untuk menentukan nilai 1 skala micrometer (d) pada alat belum

tentu sama dengan pergeseran cermin (movable mirror) sebesar 1µm.

Kalibrasi mikrometer dilakukan dengan menggeser movable mirror tiap

1mm, hingga mencapai 25 pergeseran skala mikrometer. Akibat

pergeseran skala mikrometer maka pada layar akan nampak perubahan

jumlah cincin. Sehingga dari transisi cincin yang terhitung dapat

ditentukan nilai tiap skala mikrometer dengan menganggap nilai panjang

gelombang laser He-Ne adalah 632,8nm. Hasil dari kalibrasi micrometer

tersebut kemudian digunakan sebagai nilai patokan untuk perhitungan

selanjutnya yaitu penentuan nilai panjang gelombang laser.

Dalam eksperimen ini, dilakukan pengamatan terhadap dua

variable, yaitu pengamatan terhadap penambahan jumlah cincin dan

pengamatan terhadap pergeseran Movable mirror dari titik acuan awal

perhitungan. Pergeseran pada Movable mirror tersebut dilakukan dalam

orde mikrometer. Sehingga guna kehati-hatian dalam mendapatkan data

yang valid, selain melakukan pengamatan dan pencatatan terhadap

mikrometer pada interferometer, praktikan juga melakukan perhitungan

matematis terhadap penentuan nilai yang pasti dan pengkalibrasian titik

awalnya.

Dari data yang diperoleh, didapatkan bahwa penambahan dan

banyaknya jumlah cincin (N) berbanding lurus dengan pergeseran

Movable mirror yang dilakukan. Hal ini dapat terlihat dari semakin

besarnya nilai N (banyaknya cincin), maka nilai dm (jarak pergeseran

Movable mirror terhadap titik acuan) juga menunjukkan angka yang

semakin besar.

Misalnya saat N=25, pergeseran Movable mirror (dm)

memberikan angka 1,6.10-6

m. Sedangkan saat N=30, pergeseran Movable

mirror (dm) memberikan angka 4,7.10-6

m; saat N=35, pergeseran

Movable mirror (dm) bernilai 6,4.10-6

m; dan demikian seterusnya hingga

N=50, pergeseran Movable mirror (dm) menunjukkan angka 1,08.10-6

m.

Untuk menentukan panjang gelombang dalam percobaan ini

menggunakan persamaan :

Dari percobaan Interferometer Michelson didapatkan nilai panjang

gelombang laser He-Ne adalah 613 nm. Secara teori, panjang gelombang

laser He-Ne adalah 632,86 nm. Adanya selisih ini disebabkan kurangnya

ketelitian praktikan dalam melakukan praktikum. Terutama saat

mengkalibrasi interferometer.

VIII. Kesimpulan

1. Pada Interferometer panjang lintasan dirubah dengan diperpanjang

maka yang akan terjadi adalah pola-pola cincin akan masuk ke pusat

pola. Sehingga panjang lintasan optic sebanding dengan jumlah cincin

yang terjadi.

2. Nilai panjang gelombang laser He-Ne adalah .

IX. Daftar Pustaka

Tippler, P.A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Jakarta :

Erlangga.

Solihin, Abdus. 2010. Eksperimen Interferometer Michelson Laporan

Eksperimen Fisika II. Jember : Laboraturium Optoelektronika dan

Fisika Modern Jurusan Fisika Universitas Negeri Jember.

Oktavia, A. 2006. Penggunaan Interferometer Michelson Untuk

Menentukan Panjang Gelombang Laser Dioda dan Indeks Bias

Bahan Transparan. Semarang : Skripsi S1 FMIPA UNDIP.

Falah, M. 2008. Analisis Pola Interferensi pada Interferometer Michelson

Untuk Menentukan Panjang Gelombang Sumber Cahaya.

Semarang : Skripsi S1 FMIPA UNDIP.

Setyaningsih, Agustina. 2009. Penentuan Nilai Panjang Koherensi Laser

Menggunakan Interferometer Michelson. Semarang : Skripsi S1

FMIPA UNDIP.