tk interferometerrr

14
TUGAS KHUSUS NAMA : ARIYANTO NRP : 2409105001 1.A. Interferensi Interferensi Cahaya Adalah perpaduan dari 2 gelombang cahaya. Agar hasil interferensinya mempunyai pola yang teratur, kedua gelombang cahaya harus koheren, yaitu memiliki frekuensi dan amplitudo yg sama serta selisih fase tetap. Pola hasil interferensi ini dapat ditangkap pada layar, yaitu Garis terang, merupakan hasil interferensi maksimum (saling memperkuat atau konstruktif) Garis gelap, merupakan hasil interferensi minimum (saling memperlemah atau destruktif) Paduan Gelombang Saling menguatkan Saling Melemahkan 1A. Jenis Interferometer

Upload: donz-gatz

Post on 03-Jul-2015

296 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: TK interferometerrr

TUGAS KHUSUS

NAMA : ARIYANTO

NRP : 2409105001

1.A. Interferensi

Interferensi Cahaya Adalah perpaduan dari 2 gelombang cahaya. Agar

hasil interferensinya mempunyai pola yang teratur, kedua gelombang cahaya

harus koheren, yaitu memiliki frekuensi dan amplitudo yg sama serta selisih fase

tetap.

Pola hasil interferensi ini dapat ditangkap pada layar, yaitu

Garis terang, merupakan hasil interferensi maksimum (saling memperkuat

atau konstruktif)

Garis gelap, merupakan hasil interferensi minimum (saling memperlemah

atau destruktif)

Paduan Gelombang

Saling menguatkan Saling Melemahkan

1A.Jenis Interferometer

Interferometer Michelson

Keterangan :

S : sumber cahaya

M1 : cermin 1

M2 : cermin 2

BS : Beam Splitter

D : Detektor/Layar

Page 2: TK interferometerrr

Gambar Interferometer Michelson

Prinsip Kerja:

Beam splitter (BS) membagi sinar yang datang menjadi 2 bagian, yaitu satu

menuju cermin referensi (M2) dan yang satu lagi menuju cermin yang bisa

diubah-ubah jaraknya (M1). Kedua cermin akan memantulkan kembali sinar ke

beam splitter (BS) untuk disatukan lagi dan dipantulkan ke detector, pada detector

bisa diamati pola frinji yang terjadi.

Aplikasi :

Pengukuran jarak, pengujian optik, pengukuran indeks bias gas.

Interferometer Twyman Green

Keterangan :

S : sumber cahaya

M1 : cermin 1

M2 : cermin 2

BS : Beam Splitter

Gambar Interferometer Twyman Green

Prinsip Kerja:

Pada saat interferometer dalam posisi sejajar, bayangan yang dibentuk oleh

cermin 1 (M1) dan cermin 2 (M2) dari sumber cahaya (S) akan berhimpit.

Superposisi dari dua cahaya adalah parallel dan mempunyai perbedaan fase yang

tetap. Pada layar pencahayaan yang seragam bisa diamati dengan intensitas yang

konstan bergantung pada perbedaan jarak yang terjadi.

Aplikasi :

Pengukuran jarak, pengujian optik.

Page 3: TK interferometerrr

Interferometer Mach-Zender

Keterangan :

L : sumber cahaya

M1 : cermin 1

M2 : cermin 2

SB1 : Beam Splitter 1

SB2 : Beam Splitter 2

Gambar Interferometer Mach Zender

Prinsip Kerja:

Beam splitter 1 (BS1) membagi sinar yang datang menjadi 2 bagian, cermin

1(M1) dan cermin 2(M2) memantulkan sinar ke Beam splitter 2 (BS2). Beam

splitter 2 (BS2)menggabungkan sinar yang datang. Pola frinji yang dihasilkan

tergantung pada perbedaan jarak.

Aplikasi :

Pengukuran indeks bias aliran fluida

Interferometer Fabry Perot

Gambar Interferometer Fabry Perot

Keterangan :

L1 : Half mirror 1

Page 4: TK interferometerrr

L2 : Half mirror 2

L : Focusing lens

P : Layar

Prinsip Kerja:

Cahaya jatuh ke half mirror 1 (L1) sebagian cahaya diteruskan ke half mirror 2

(L2) sebagian dipantulkan. Sebagian cahaya yang diteruskan oleh L2 dipantulkan

ke L1, lalu dipantulkan ke L2 dimana cahaya yang datang akan dipantulkan dan

diteruskan. Cahaya yang diteruskan oleh L2 jatuh pada focusing lens. Pola sinar

yang terjadi difokuskan pada titik P di layar. Pola yang terjadi ber-interferensi

secara konstruktif atau destruktif tergantung pada perbedaan fase.

Aplikasi :

Pengukuran panjang gelombang cahaya, spketroskopi optic

I.C Contoh aplikasi sistem fotonika dengan prinsip interferensi

Prinsip kerja interferometer :

Interferometer merupakan perangkat ukur yang memanfaatkan gejala

interferensi. Interferensi adalah suatu kejadian dimana dua gelombang atau lebih

berjalan melalui bagian yang sama dari suatu ruangan pada waktu yang

bersamaan. Hal ini mengakibatkan terjadinya superposisi dari gelombang

gelombang tersebut sehingga menghasilkan pola intensitas baru. Peralatan

Interferometer terdiri atas empat bagian pokok yaitu sinar laser, detektor, sistem

akuisisi data dan komputer.

Dalam Interferometer, sumber cahaya yang digunakan adalah sinar laser. Sinar

laser ( light amplification by stimulated emission of radiation ) merupakan cahaya

yang intensitasnya digandakan dan difokuskan pada arah tertentu. Sinar laser

bersifat koheren dan mempunyai intensitas yang sangat tinggi. Supaya dapat

mengadakan interferensi, maka sinar laser tersebut dipisahkan oleh pemisah

berkas menjadi dua bagian yaitu berkas uji dan berkas referensi. Berkas uji adalah

berkas cahaya yang dikenakan atau dipantulkan dengan obyek yang akan diukur.

Berkas referensi adalah berkas cahaya yang pola fasanya dipertahankan tetap.

Sumber cahaya Detektor Akuisisi data Komputer

Page 5: TK interferometerrr

Setelah dilakukan pengujian, maka berkas uji dan berkas referensi dipertemukan.

Interferensi antara keduanya memberikan informasi mengenai obyek yang

memantulkan berkas uji tersebut.

Pola interferensi ini diterima oleh detektor yang dilengkapi dengan sistem

akuisisi data. Sistem akuisisi data terdiri dari dua bagian yaitu sistem pengkondisi

sinyal dan interface. Detektor adalah alat untuk mengubah besaran fisik - dalam

hal ini fluks intensitas cahaya - menjadi besaran listrik. Pemilihan detektor

didasarkan pada akurasi, presisi, linieritas dan kestabilan temperatur. Detektor

yang sering digunakan dalam interferometer adalah foto detektor. Jika detektor ini

ditembus oleh sinar laser maka akan terjadi ionisasi. Hal ini menyebabkan

timbulnya arus listrik. Karena arus listrik yang ditimbulkan oleh detektor sangat

kecil, maka perlu diperkuat dan diubah menjadi tegangan oleh sistem pengkondisi

sinyal. Selain memperkuat, sistem pengkondisi sinyal juga melakukan filtering

yaitu mereduksi noise dan sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki. Sinyal tersebut

lalu diubah menjadi sinyal digital oleh ADC dan dimasukkan ke komputer melalui

interface input.

1. Mengukur perpindahan jarak

Gambar 1 Interferometer Heterodyne

Page 6: TK interferometerrr

Gambar. 1 menunjukkan tipikal konfigurasi system heterodyne laser

interferometer untuk pengukuran perpindahan jarak. Laser He-Ne yang stabil

sebagai sumber menghasilkan dua sinar ortogonal terpolarisasi linier dengan

frekuensi yang berbeda, f1 dan f2. Bagian dari berkas sumber dibagi di depan

interferometer dan melewati analizer untuk menghasilkan sinyal referensi dari

frekuensi f1-f2 . sebagian besar dari sinar sumber mengenai beam splitter

polarisator dan dibagi menjadi sinyal refensi dan sinyal pengukuran panjang

lengan sesuai dengan polarisasi. Sinar yang dipantulkan berkumpul di beam

splitter dan melewati sebuah analizer untuk menghasilkan sinyal pengukuran.

Pergeseran frekuensi Δf antara sinyal referensi dan sinyal pengukuran didapatkan

menurut Efek Doppler yaitu

:

 …… (1)

di mana n adalah indeks bias medium; λ adalah panjang gelombang cahaya dalam

vakum, dan v (t) adalah kecepatan objek bergerak. Dengan mengintegralkan

persamaan di atas terhadap waktu kita dapatkan :

….. (2)

di mana φ (t) menunjukkan pergeseran fasa antara sinyal referensi dan sinyal

pengukuran , sedangkan L (t) adalah perpindahan dari objek yang akan

ditentukan. Persamaan (1) menyatakan bahwa jika benda bergerak dengan

kecepatan 1,0 m / s di udara, perubahan frekuensi yang terjadi adalah Δf (t) = 3,2

MHz, dengan asumsi n = 1,0 dan λ = 0,63 μm. Dalam prakteknya, jumlah

maksimum pergeseran frekuensi dibatasi oleh frekuensi sumber laser, yang

biasanya dalam kisaran khas 2 MHz dalam kasus jenis Zeeman, 20 MHz untuk

jenis acousto modulator optic (AOM), dan 600-1.000 MHz untuk dua-mode laser

stabil. Pengukuran kecepatan maksimum juga dibatasi oleh bandwidth phase

meter. Pada kenyataanya bandwidth yang lebih rendah daripada variasi dari

frekuensi menghasilkan "phase unwrapping problem". Kendala lainnya pada

kecepatan maksimum yang bisa diukur adalah resolusi sudut phase meter yang

Page 7: TK interferometerrr

digunakan untuk mendeteksi pergeseran fasa φ (t). Jika seseorang ingin mengukur

perpindahan L (t) dengan resolusi 0,1 nm, persamaan (2) menggambarkan bahwa

pergeseran fasa φ (t) harus diamati dengan resolusi sudut 0.1 °. Dalam prakteknya,

bandwidth dari sebuah phase meter dibatasi sehingga resolusi sudut

adalah berbanding terbalik dengan frekuensi sinyal input.

2. Menentukan defleksi cantilever deagan spekel fotografi

Objek uji berupa cantilever dari bahan aluminium ukuran 90 mm x 40 mm x 2

mm yang ujung satunya dibiarkan bebas dan satunya lagi diklem statis. Perlakuan

terhadap objek uji dilakukan dengan memberikan tekanan mekanik menggunakan

mikrometer sekrup sebesar: 5, 10, 15, 20, dan 25 µm pada ujung bebas. Gambar 4

memperlihatkan konfigurasi optik yang digunakan. Berkas laser diarahkan dan

dikembangkan menggunakan mikroskop objektif (MO) dan lensa L1. Berkas dari

L1 akan menerangi objek dan setelah melewati L2 langsung diarahkan ke pelat

film yang diletakkan pada jarak tertentu di depan objek uji. Berkas yang bersifat

spekel ini kemudian direkam pada pelat film. Teknik perekaman dilakukan pada

pelat film yang sama dengan dua kali penyinaran yaitu sebelum dan sesudah objek

mengalami deformasi, kemudian pelat film tersebut diproses dan hasilnya disebut

spekelgram. Selanjutnya dilakukan rekonstruksi dengan menyinari kembali

spekelgram tersebut dengan laser dimana spekel-spekel tersebut akan berlaku

sebagai kisi difraksi sehingga pada layar akan nampak garis-garis gelap terang

yang disebut dengan frinji Young. Dengan mencacah (scanning) seluruh

permukaan spekelgram akan diperoleh nilai deformasi pada setiap titik di

permukaan objek. Makin jauh jaraknya dari pusat deformasi maka jarak antar

frinji makin rapat.

Page 8: TK interferometerrr

Gambar Diagram skematik shearografi spekel

3. Menentukan defleksi pelat aluminium

dengan teknik shearografi ESPI Objek uji terbuat dari pelat aluminium dengan

ukuran 50 mm x 50 mm x 2 mm yang semua sisinya di diklem statis. Perlakuan

terhadap objek merupakan gabungan dari beban yang disebabkan oleh tekanan

mekanik menggunakan piezo electric tranducer (PZT) yang diletakkan di bagian

belakang tengah objek uji dan gerakan translasi dari lensa L2. Skema diagram

optik ditunjukkan pada Gambar 5. Berkas laser diarahkan ke objek setelah

melewati lensa MO, Ll, dan cermin paroh BS. Dengan berkas hamburan dari

objek uji akan dibentuk citranya pada kamera CCD oleh lensa L2. Sebuah prisma

tipis 1° (wedge glass) yang diletakkan di setengah bagian lensa L2 akan

menyebabkan pergeseran (shear) citra yang terbentuk karena ebagian berkas

melewati prisma dan sebagian tidak. Perekaman citra spekel dilakukan sebelum

dan sesudah objek mengalami deformasi. Data yang direkam kemudian disimpan

dalam komputer untuk selanjutnya diproses secara elektronik.

Gambar 5. Diagram skematik spekel fotograf

1B.Eksperimen Young

Percobaan Young ini berdasarkan pada interferometer pemisah muka gelombang

(wave front splitting interferometer) dilukiskan sebagai berikut :

Page 9: TK interferometerrr

Gambar eksperimen Young

S1, S2, dan S3 adalah celah sempit yang dilalui oleh cahaya dengan panjang

gelombang λ. Gelombang cahaya yang memancar dari S1 akan mengenai celah S2

dan S3 dan menurut teori Huygens dari S2 dan S3 akan memancar gelombang -

gelombang cahaya yang koheren . Pola interferensi antara kedua gelombang yang

berasal dari S2 dan S3 diamati pada layer di titik P. Beda antara lintasan optik

antara kedua sumbu S2 dan S 3 di P adalah sebagai berikut :

; dengan

Untuk λ << (sudut yang sangat kecil), maka , sehingga :

Interferensi konstruktif (maksimum=terang) terjadi di P bila :

, m = 0, 1, 2, dan seterusnya.

Atau

Interferensi destruktif (minimum = gelap) terjadi di P bila :

, m = 0, 1, 2, dan seterusnya