tk interferometerrr
TRANSCRIPT
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
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.
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
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
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
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
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.
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 :
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