interferensi cahaya

INTERFERENSI CAHAYA

Interferensi cahaya adalah perpaduan interaksi dua atau lebih gelombang cahaya yang menghasilkan suatu radiasi yang menyimpang dari jumlah masing-masing komponen radiasi gelombangnya. Agar hasil interferensinya mempunyai pola yang teratur, kedua gelombang cahaya harus koheren, yaitu memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama serta selisih fase tetap. Young melakukan percobaan, dimana celah sempit akan menghasilkan sumber cahaya baru yang memiliki beda fasa sama atau konstan sehingga disebut koheren.






Hasil Percobaan Young : Terdapat serangkaian garis yang terang seperti deret-deret cahaya terang. Hasil percobaan tersebut adalah fenomena interferensi gelombang cahaya. Hal ini dengan membayangkan cahaya sebagai gelombang datar dengan panjang gelombang tunggal (disebut monokromatik = eka warna = satu warna) dijatuhkan pada kedua celah sempit yang berdekatan. Akibat difraksi (pelenturan cahaya saat gelombang melewati suatu celah permukaan yang sempit), gelombang yang meninggalkan kedua celah tersebut menyebar sama seperti permukaan air yang tenang lalu dilemparkan batu memunculkan riak-riak gelombang yang menyebar dari titik asal jatuh batu. Demikian pula halnya difraksi gelombang setelah melewati celah sempit, kedua celah seolah-olah menyebarkan riak-riak gelombang cahaya – hal ini berfungsi sebagai sumber getaran – yang lalu menimbulkan pola sebaran gelombang menyebar (divergen).
Gelombang yang melewati ke-2 celah sempit ini menyebar dan menempuh jarak yang sama hingga mencapai satu fase : saat di mana dari suatu gelombang tiba pada saat yang sama dengan puncak gelombang yang lain. Amplitudo kedua gelombang bergabung untuk membentuk amplitudo yang lebih besar = interferensi ini dinamakan interferensi konstruktif (terbentuk saat terdapat bintik terang pada layar dan pada saat dua berkas gelombang berbeda jarak sebesar satu panjang gelombang atau kelipatan bilangan bulat lainnya dari panjang gelombang bertemu).
Saat amplitudo gelombang cahaya bertemu setelah menempuh jarak lebih setengah kali panjang gelombang yang lain, saat amplitudo kedua gelombang tiba dengan keadaan fase gelombang yang berlawanan saat mencapai layar – maka terbentuklah gabungan gelombang yang menghasilkan amplitudo gelombang sama dengan nol. Hal ini dikatakan interferensi destruktif.
Beda Lintasan
Jarak tempuh cahaya yang melalui dua celah sempit mempunyai perbedaan (beda lintasan), hal ini yang menghasilkan pola interferensi.











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













Kondisi Interferensi














Syarat interferensi maksimum :
Interferensi maksimum terjadi jika kedua gelombang memiliki fase yang sama (sefase), yaitu jika selisih lintasannya sama dgn nol atau bilangan bulat kali panjang gelombang λ.



Bilangan m disebut orde terang. Untuk m=0 disebut terang pusat, m=1 disebut terang ke-1, dst. Karena jarak celah ke layar l jauh lebih besar dari jarak kedua celah d (l >> d), maka sudut θ sangat kecil, sehingga sin θ = tan θ = p/l, dengan demikian


Dengan p adalah jarak terang ke-m ke pusat terang

Syarat interferensi minimum
Interferensi minimum terjadi jika beda fase kedua gel 180o, yaitu jika selisih lintasannya sama dgn bilangan ganjil kali setengah λ.


Bilangan m disebut orde gelap. Tidak ada gelap ke nol. Untuk m=1 disebut gelap ke-1, dst. Mengingat sin θ = tan θ = p/l, maka



Dengan p adalah jarak terang ke-m ke pusat terang.
Jarak antara dua garis terang yg berurutan sama dgn jarak dua garis gelap berurutan.
Jika jarak itu disebut Δp, maka :


Interferensi Celah Ganda :
 Pertama kali ditunjukkan oleh Thomas Young pada tahun 1801.
Ketika dua gelombang cahaya yang koheren menyinari dua celah sempit, maka akan teramati pola interferensi terang dan gelap pada layar.














Interferensi optik dapat terjadi jika dua gelombang (cahaya) secara simultan hadir dalam daerah yang sama.











 Interferensi konstruktif terjadi jika:




 Interferensi destruktif terjadi jika:





Penentuan panjang gelombang
Dari gambar diperoleh:



INTERFERENSI LAPISAN TIPIS






2 n d cos r = k λ ( Gelap)
2 n d cos r = (k - ) λ ( Terang)
k = 1,2, 3, …..
n = indeks bias lapisan
d = tebal lapisan
r = sudut bias
Michelson Interferometer
Michelson interferometer yang memproduksi gangguan fringes oleh sebuah balok pemecahan dari satu warna terang sehingga satu beam pemogokan tetap cermin dan yang lainnya yg dpt bergerak cermin. Bila tercermin beams dibawa kembali bersama-sama, sebuah gangguan pola hasil. Tepat pengukuran jarak dapat dilakukan dengan Michelson interferometer dengan menggerakkan cermin dan menghitung fringes gangguan yang bergerak dengan titik acuan. Jarak d terkait dengan m adalah fringes





Konfigurasi

Jalan cahayadi Michelson interferometer.
Ada dua jalur dari (cahaya) sumber ke detektor. Mencerminkan satu mematikan semi transparan mirror, masuk ke bagian atas cermin dan kemudian mencerminkan kembali, berjalan melalui cermin semi-transparan, dengan detektor. Pertama yang lain pergi melalui cermin semi-transparan, untuk mirror di sebelah kanan, mencerminkan kembali ke semi transparan cermin, maka mencerminkan dari semi transparan mirror ke dalam detektor.
Jika dua jalur berbeda dengan seluruh nomor (termasuk 0) dari wavelengths, ada konstruktif gangguan dan sinyal yang kuat di detektor. Jika mereka berbeda secara keseluruhan jumlah dan setengah wavelengths (misalnya, 0.5, 1.5, 2.5 ...) ada gangguan, dan merusak sinyal yang lemah. Hal ini dapat muncul pada pandangan pertama melanggar prinsip konservasi energi. Namun energi adalah conserved, karena ada kembali energi di detektor yang merusak energi di situs kembali didistribusikan ke situs konstruktif. Efek dari gangguan ini adalah untuk mengubah porsi dari cahaya pantulan yang kepala untuk detektor dan sisanya di belakang kepala yang searah dengan sumber.
Pada akhir 1800, gangguan pola yang telah diperoleh dengan menggunakan gas discharge lampu, filter, dan sedikit slot atau pinhole. Dalam satu versi dari percobaan Michelson-Morley, yang digunakan interferometer bintang sebagai sumber cahaya. Starlight adalah temporally raban terang, tapi karena satu titik sumber penerangan memiliki koherensi spasial dan akan menghasilkan suatu pola gangguan.
Aplikasi
Yang paling terkenal dari aplikasi Michelson Interferometer adalah percobaan Michelson-Morley yang memberikan bukti untuk kenisbian khusus. Namun, konfigurasi ini dapat digunakan untuk berbagai aplikasi assortment.
Michelson Interferometer yang telah digunakan untuk deteksi dari gravitational gelombang, sebagai filter band sempit merdu, dan sebagai inti Fourier transform spectroscopy. Ada juga beberapa aplikasi menarik sebagai "nulling" alat yang digunakan untuk mendeteksi planets sekitar bintang di dekatnya. Bagi kebanyakan tujuan, namun geometri dari interferometer Mach-Zehnder lebih bermanfaat. Untuk panjang jalan yang sama, ia akan memperoleh minimal karena nol regu pada tahap refleksi internal.
Selanjutnya adalah aplikasi untuk menghasilkan penundaan interferometer baris, yaitu sebuah optik DPSK demodulator yang mengkonversi tahap modulasi amplitude modulasi ke dalam DWDM jaringan.
Nonlinear Michelson interferometer
Nonlinear Michelson interferometer, juga dikenal sebagai Langkah-tahap Michelson interferometer adalah umum Michelson interferometer satu cermin di mana dalam satu lengan digantikan dengan Gires-Tournois interferometer atau Gires-Tournois etalon. Lapangan yang berasal dari Gires-Tournois etalon interferes dengan pesawat bidang tercermin dari reflektor biasa. Karena tahap perubahan dari Gires-Tournois etalon tergantung pada panjang gelombang dan menunjukkan langkah seperti perilaku, nonlinear Michelson interferometer memiliki aplikasi khusus. Salah satu aplikasi penting dalam fiber optik komunikasi merupakan optik interleaver.
Dua mirror di Michelson interferometer dapat digantikan dengan dua Gires-Tournois etalons. Seperti nonlinear Michelson interferometer pameran nonlinearity kuat, yang dapat digunakan untuk membangun sebuah asimetrik optik interleaver.
FILM DIELEKTRIK-INTERFERENSI DUA BERKAS
Efek interferensi dapat diamati pada lembaran tipis material dielektrik, dengan ketebalan dalam rentang nanometer – centimeter.
Contoh : lapisan film di kacamata, kaca helm dll.









Beda panjang lintasan antara kedua berkas yang dipantulkan :
Maka :



INTERFERENSI MULTI-BERKAS
Jika terdiri dari banyak berkas, maka interferensi juga dapat terjadi. Beda panjang lintasan antara berkas yang berurutan :
Disetiap bidang batas, berkas dipantulkan dan juga ditransmisikan, diperoleh intensitas medan yang dipantulkan :
Intesitas medan yang ditransmisikan
Dengan menggunakan identitas trigonometri
Intensitas medan menjadi

Hubungan intensitas (pers. Terakhir) tidak berlaku, jika film dielektrik dilapisi oleh logam semitransparan, karena sebagian cahaya akan diserap lapisan logam.
Intensitas yang ditransmisikan maksimum, jika :
Intensitas yang ditransmisikan minimum, jika :
Pola interferensi maksimum jika :
Jika didefinisikan koefisien finesse F
Maka













CINCIN NEWTON
Hubungan antara jari-jari kurvatur lensa konvek, tebal film dan jarak x :
Interferensi maksimum terjadi jika :
Jarak antara cincin terang berurutan :
Jarak antara cincin gelap berurutan ;





Soal hukum pemantulan dan pembiasan sempurna
1. Bunyi hukum Snell adalah...
a. Sinar datang dari medium rapat ke medium renggang akan menjauhi garis normal, dan sebaliknya
b. Sinar datang dari medium rapat ke medium renggang akan mendekati garis normal, dan sebaliknya
c. Sinar datang dari medium rapat ke medium renggang akan sejajar garis normal, dan sebaliknya
d. Sinar datang dari medium renggang ke medium rapat akan menjauhi garis normal, dan sebaliknya
Jawaban : A
2. Cahaya jatuh pada potongan kaca yang rata dengan sudut datang 60o. Jika indeks bias kaca sebesar 1,50 maka sudut bias pada kaca adalah...
a. 35,2
b. 10,2
c. 57,7
d. 30,2
Jawaban : A
Penyelesaian :
3. Sekeping kaca (n = 1,55) tebalnya 0,6cm. Waktu yang diperlukan suatu pulsa cahaya untuk melintasi keping adalah...s
a. 3,1 x 10-11
b. 3,1 x 1011
c. 3,1 x 1012
d. 3,1 x 10-12
Jawaban : A
Penyelesaian :
4. Sudut kritis agar cahaya dapat berjalan dari kaca (n = 1,54) ke air ( n = 1,33) adalah... derajat
a. 0,648
b. 0,186
c. 59,7
d. 6,48
Jawaban : C
Penyelesaian :
5. Indeks bias intan adalah 2,42. sudut kritis agar cahaya yang berasal dari dalam intan bisa keluar adalah...derajat
a. 0,0413
b. 0,134
c. 4,24
d. 24,4
Jawaban : D
Penyelesaian :
Essay
6. Gambar dibawah ini menunjukan cahaya dari udara yang mengenai keping kaca (n=1,50) dengan sudut datang 50o. Tentukan sudut bias dan sudut pantulnya!

N

Udara
kaca




Penyelesaian :
Soal interferensi cahaya
1. Perpaduan interaksi dua atau lebih gelombang cahaya yang menghasilkan suatu radiasi yang menyimpang dari jumlah masing-masing komponen radiasi gelombangnya. Pernyataan tersebut merupakan arti dari…
a. difraksi
b. interferensi
c. pembiasaan
d. pemantulan
jawaban : B
2. Interferensi destruktif merupakan peristiwa interferensi yang…
a. terang
b. redup
c. gelap
d. normal
Jawaban : C
3. Pada percobaan Young digunakan sumber cahaya dengan panjang gelombang 5000 A. Pola interferensi diamati pada layar yang berada 100 cm di belakang celah rangkap. Ternyata 20 pita menduduki 11 mm. Maka jarak celah tersebut adalah…mm
a. 0,862
b. 0,086
c. 1,16
d. 0,116
Jawaban : A
Penyelesaian:
Ada 20 pita dalam 11 mm berarti jarak antara dua pita adalah:


Lokasi pita terang ke-m dicari dengan rumus :

Jarak dua pita terang berturut-turut dicari dengan mengambil pita terang ke-m dan pita ke-(m+1):







4. Dalam suatu eksperimen untuk mengukur panjang gelombang cahaya digunakan percobaan Young. Diperoleh bahwa jarak layar ke celah ganda adalah 180 cm dan jarak dua celah 0,09 mm. Jika jarak antara 7 gelap adalah 7,2 cm, panjang gelombang cahaya adalah...meter
a. 6 x 10-5
b. 0,6 x 10-7
c. 0,6 x 10-5
d. 6 x 10-7
Jawaban : D
Penyelesaian ;
1. Jarak 7 gelap = 7,2 cm artinya jarak antara dua gelap berturut-turut adalah





5. Sebuah layar dimana terdapat dua cela yang berjarak 0,100 mm berada 1,20 m dari layer tampilan cahaya dengan panjang gelombang jatuh pada celah-celah dari sumber yang jauh. Jarak pertama (x1) pinggiran-pinggiran interferensi terang pada layar adalah…mm
a. 6,00
b. 12,00
c. 0,60
d. 0,12
Jawaban : A
Penyelesaian :
Interferensi terang (konstruktif orde pertama m=1)


Ini merupakan sudut kecil, sehingga :


Dengan demikian orde pertama akan muncul pada jarak:



Essay
6. Celah ganda yang berjarak 0,100 mm berada 1,20 m dari layar tampilan. Cahaya dengan panjang gelombang l=500 nm jatuh pada celah dari sumber yang jauh. Berapa jarak antar interferensi terang pertama dan kedua pada layar?
Penyelesaian :
Interferensi terang (konstruktif orde pertama m=1)


Ini merupakan sudut kecil, sehingga :


Dengan demikian orde pertama akan muncul pada jarak:


Interferensi terang (konstruktif orde n=2)







Jadi, jarak antara pusat maksimum interferensi terang adalah : (p2 - p1) = 6,00 mm.