1.1 Latar Belakang
Pada jarak tertentu mata kita sulit
membedakan posisi dua nyala lampu yang sangat berdekatan. Gejala ini
dikarenakan diameter pupil mata kita sangat sempit. Akibatnya adalah cahaya dua
lampu tersebut ketika sampai ke mata kita mengalami difraksi. Difraksi cahaya
adalah peristiwa pelenturan cahaya yang akan terjadi jika cahaya melalui celah
yang sangat sempit. Kita dapat melihat gejala ini dengan mudah pada cahaya yang
melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita arahkan pada sumber
cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau dengan melihat melalui kisi tenun
kain yang terkena sinar lampu yang cukup jauh.
Dengan melewatkan berkas sinar laser yang koheren dan monokromatik
pada sebuah tepi tajam maka akan terbentuk pola difraksi pada layar. Pola
difraksi juga dapat terjadi jika sinar laser dilewatkan pada celah tunggal,
lebar dari celah tunggal yang digunakan dapat diukur dengan mengamati pola
difraksi yang terjadi. Pola distribusi intensitas difraksi baik oleh tepi tajam
maupun oleh celah tunggal dapat diketahui dengan menggunakan photocell.
Cahaya kemudian akan membelok dan menyebar dengan membentuk sudut tertentu.
Apabila yang dilalui oleh cahaya adalah celah ganda dengan jarak pemisahan tertentu
maka akan terjadi interferensi karena gelombang–gelombang cahaya dengan frekuensi
yang sama akan saling bertumbukan. Interferensi yang terjadi dapat berupa interferensi
konstruktif atau interferensi destruktif. Pada titik disaat gelombang cahaya dengan
fase yang sama dan frekuensi yang sama saling bertumbukan, interferensi konstruktif
akan terjadi yaitu gelombang dengan amplitudo yang maksimal. Sedangkan pada saat
cahaya dengan fase yang berbeda saling bertumbukan, interferensi destruktif akan
terjadi yaitu gelombang dengan amplitudo minimal.
Pada
umumnya difraksi terjadi jika gelombang yang lewat bukan kecil (small opening)
di sekitar rintangan atau melewati sisi yang tajam. Contoh difraksi, apabila
diantara sumber titik cahaya dan layar ditempatkan suatu objek gelap,
perbatasan didaerah bayangan dan pencahayaan pada layar tidak tajam. Bayangan
akan mengandung pita-pita cahaya terang dan gelap jika cahaya membelok ke
daerah bayangan. Intensitas pada pita yang pertama akan lebih besar daripada
intensitas di daerah penerangan uniform.
Untuk dapat mempelajari dan memahami fenomena difraksi cahaya dan interferensi
serta pola yang dihasilkan yang terjadi pada saat difraksi cahaya, diperlukan suatu
cara yang dapat mengilustrasikan difraksi cahaya dan interferensi tersebut. Salah
satu cara mengilustrasikan difraksi cahaya dan interferensi yang terjadi pada saat
difraksi cahaya adalah dengan melakukan praktikum Eksperimen Fisika yang
berjudul Difraksi ini.
1.2.
Tujuan Percobaan
Adapun tujuan dari percobaan Difraksi ini supaya mahasiswa dapat
membuktikan interferensi dan difraksi pada gelombang cahaya yang terjadi.
II.
TINJAUAN
PUSTAKA
A. Pola interferensi
Gelombang air mula-mula
datang dalam formasi yang bias dikatakan membentuk muka gelombang datar. Sebuah
papan penghalang yang terdapat celah kecil digunakan untuk menahan gelombang
air menyebabkan hanya sebagian kecil saja dari air yang di”transmisikan”.
Pola gelombang dari air yang ditransmisikan tersebut berbentuk lingkaran, pola
semacam ini dapat dipahami dengan prinsip Huygens. Karena air terus menerus
mengalir maka gelombang-gelombang tersebut saling mengalami interferensi satu
sama lain. Interferensi disebabkan oleh adanya beda lintasan antar gelombang
sehingga beda fase gelombang-gelombang tersebut juga berbeda menghasilkan pola
muka gelombang yang lebih besar dan pola muka gelombang minimum, perhatikan
dengan seksama Gambar 1. Pada
peristiwa interferensi, untuk menghasilkan sumber yang koheren, secara prinsip,
selalu digunakan satu sumber gelombang dimana gelombang tersebut kemudian dipecah
menjadi dua atau lebih dan diset sedemikian rupa sehingga lintasan antar
gelombang-gelombang tersebut berbeda. Karena gelombang pada umumnya merambat lurus,
terutama gelombang elektromagnetik, maka untuk menghasilkan beda lintasan arah
rambat gelombang tersebut dibelokkan. Peristiwa dimana arah rambat gelombang
elektromagnetik dibelokkan ketika mengenai suatu penghalang disebut sebagai difraksi.
Peristiwa difraksi yang
sangat mudah kita jumpai adalah difraksi sinar matahari oleh pintu rumah atau
jendela. Jika kita perhatikan, di lantai atau dinding akan jumpai wilayah yang
terang dan agak gelap.Wilayah yang terang disebabkan oleh sinar matahari yang masuk
sedangkan wilayah yang agak gelap karena sinar matahari tidak dapat menjangkau
wilayah tersebut. Terlihat bahwa seolah-olah terdapat garis miring yang memisahkan kedua wilayah
tersebut. Garis batas tersebut menunjukkan bahwa cahaya matahari dibelokkan
oleh daun pintu atau jendela. Itu merupakan salah satu contoh peristiwa
difraksi. Berdasarkan literatur, pengamatan terhadap fenomena difraksi tercatat
pertama kali dilakukan oleh Leonardo da Vinci, si pelukis terkenal yang hidup
antara 1452–1519. Studi yang lebih ekstensif dilakukan oleh Grimaldi yang hasil
pengamatannya kemudian dibukukan dan resmi dipublikasikan pada tahun 1665, dua
tahun setelah kepergiannya ke alam baka. Namun demikian teori-teori yang
dicetuskan oleh Grimaldi sebatas menjelaskan bagaimana cahaya merambat, belum
dapat menjelaskan fenomena difraksi dengan memuaskan (Baiquni,
1985).
Gambar 1 Pola interferensi pada gelombang
air yang dilewatkan pada papan bercelah.
Baru setelah pada tahun 1818
Fresnel menunjukkan bahwa fenomena difraksi dapat dijelaskan dengan merujuk
pada teori Huygens digabung dengan konsep interferensi. Hasil kerja keras
Fresnel ditindaklanjuti oleh Kirchhoff yang pada tahun 1882 mencetuskan cara
pandang baru dalam memahami fenomena difraksi. Teorema Krchhoff ini terimplementasi
dalam suatu persamaan yang disebut sebagai integral Kirchhoff. Integral
Kirchhoff ditarik dari prinsip Hurgens–Fresnel yang menyatakan bahwa rambatan
gelombang cahaya dari suatu muka gelombang dihasilkan dari superposisi muka
gelombang sebelumnya.
Fenomena difraksi terkenal sebagai
salah satu bidang optik yang sarat dengan matematika yang rumit sehingga
solusi-solusi persamaan-persamaan matematis yang digunakan sebagai penjelas fenomena
difraksi pada saat itu tidak ada satupun yang dianggap paling ampuh. Hingga
pada tahun 1896 Sommerfeld berhasil membuat formulasi yang dianggap “ampuh”
untuk menjelaskan fenomena difraksi. Sommerfeld melakukan investigasi terhadap
fenomena difraksi yang terjadi pada gelombang bidang yang dirambatkan melalui
cermin reflektor-transmiter.
Gambar
2 Pola difraksi yang dihasilkan dari cahaya yang dilewatkan pada celah
tunggal.
Namun, kembali pada masalah
teknis, karena kerumitan model matematika yang digunakan oleh Sommerfeld dan
teman-temannya maka sebagai implifikasi digunakanlah pendekatan-pendekatan
yang, paling tidak, mencakup aspek kuantitatif dan kualitatif fenomena
difraksi. Dari model-model yang telah diuji, model pendekatan Huygens dan
Fresnel adalah yang paling banyak digemari para ilmuwan karena disamping
sederhan, metode tersebut juga cukup ampuh untuk digunakan sebagai analisis
fenomena difraksi (Halliday, 1987).
B.
Difraksi Franhoufer dan Fresnel
Seberkas cahaya dilewatkan
melalui celah tunggal dengan lebar d.
Pola difraksi dapat diamati pada layar yang diletakkan sejauh L dari celah. Berkas cahaya
dibelokkan oleh celah sebesar θ relatif
terhadap arah rambat cahaya datang. Untuk celah dengan d yang sangat kecil maka cahaya akan dibelokkan dalam sudut
θ yang sangat kecil
pula. Jika layar diletakkan pada jarak yang cukup jauh sehingga L >> d maka sudut pembelokan θ akan sangat kecil. Implikasi matematisnya adalah nilai
tan θ = y/L ≈ θ. Dalam keadaan seperti itu,
cahaya yang melalui celah dapat dianggap sejajar dengan arah rambat gelombang cahaya
datang. Difraksi semacam ini disebut sebagai difraksi Franhoufer. Pola difraksi yang tampak pada layar adalah seperti
pada Gamba .3.
Gambar 3. Pola difraksi yang tampak
pada layar yang diletakkan pada jarak yang cukup jauh dari celah.
Yang dimaksud dengan “dekat” di sini adalah jika
sudut penyimpangan cahaya θ cukup
besar sehingga kita tidak bisa menggunakan pendekatan tan θ ≈
θ. Perhatikan bahwa pada jarak L pola yang teramati pada layar adalah pola difraksi
Franhoufer. Ketika layar didekatkan menjadi L1 pola difraksi berubah, terlihat bahwa pada layar
terbentuk 2 puncak gelombang dimana puncak gelombang tersebut menggambarkan
interferensi konstruktif, di layar akan terlihat pola terang. Ketika layar
didekatkan sehingga jaraknya menjadi L2,
pola difraksi kembali berubah. Puncak-puncak gelombang semakin bertambah banyak
dan rapat. Jika diingat kembali, pola semacam ini muncul pada interferensi
celah ganda.
Gambar 4. Pola difraksi mengalami perubahan ketika jarak semakin
didekatkan dengan celah.
Pola difraksi yang
ditunjukkan pada Gambar 4 dihasilkan ketika jarak layar L cukup dekat terhadap
celah. Jika layar didekatkan lagi ke celah dimana cahaya dibelokkan, maka pola
difraksi yang terlihat pada layar menunjukkan pola yang semakin rumit, lihat Gambar 4. Difraksi semacam ini, dimana
jarak layar terhadap celah cukup dekat sehingga kita tidak dapat menganggap cahaya
yang didifraksikan sejajar, disebut dengan difraksi Fresnel (Tripler,
2001).
C.
Difraksi Franhoufer Celah Tunggal
Difraksi dapat dihasilkan
dari sumber cahaya koheren yang dilewatkan pada sebuah celah kecil. Seperti
yang telah kita lihat pada contoh pada Gambar
1, ilustrasi gelombang air telah menunjukkan bahwa gelombang yang melalui
sebuah celah didifraksikan dan hasil difraksi tersebut menyebabkan interferensi
karena setiap elemen gleombang air menempuh lintasan yang berbeda. Pada subbab sebelumnya kita telah
membahas mengenai difraksi Franhoufer dimana konsep dasar difraksi tersebut adalah
pembentukan difraksi oleh cahaya yang dibelokkan dalam arah yang hampir sejajar
dengan arah rambat gelombang datang. Jika lebar celah ditambah sehingga lebih
besar dibanding dengan panjang gelombang cahaya maka tentu saja cahaya yang
masuk melalui celah tersebut mau tidak mau akan dibelokkan dengan sudut
tertentu. Seperti terlihat pada Gambar
5, seberkas cahaya dilewatkan pada celah dimana lebar celah tersebut memiliki
ukuran lebih besar dibanding panjang gelombang cahaya yang melewatinya.
Gambar 5. Difraksi Franhoufer pada gelombang cahaya menggunakan celah
yang memiliki ukuran lebih besar disbanding panjang gelombang cahaya. Cahaya dibelokkan
dengan sudut θ relatif
terhadap cahaya datang.
Sistem difraksi
yang digunakan adalah difraksi Franhoufer. Perhatikan bahwa ketika fokus pada
berkas cahaya yang dibelokkan di sekitar celah, kita lihat bahwa berkas cahaya
tersebut dibelokkan dalam sudut tertentu, dalam gambar di atas cahaya
dibelokkan sebesar θ. Ketika berkas
cahaya jatuh pada layar, berkas cahaya tersebut dianggap menempuh lintasan yang
sama, ingat kembali konsep difraksi Franhoufer. Perhatikan segmen F, kita ambil tiga berkas gelombang cahaya
yaitu berkas cahaya (1), (2), dan (3). Pada batas lintasan op,berkas cahaya (1), cahaya
menempuh lintasan sejauh pq.
Kita misalkan lintasan pq sebanding
dengan ½Î». Pada segmen ½oq berkas cahaya (2) menempuh
lintasan rt dimana
berkas cahaya yang melampui lintasan itu sebanding dengan ¼ λ. Beda fase antara berkas cahaya (1) dan (2) adalah 1800 dan ini berarti
berkas cahaya tersebut mengalami interferensi destruktif, pola difraksi yang
tampak pada titik A adalah gelap
(Allard, 1990).
Perhatikan Gambar 5, semakin kecil perbandingan λ/d maka semakin
kecil penyimpangan lintasan cahaya. Dalam ungkapan yang berbeda, semakin besar
lebar celah maka semakin kecil penyimpangan lintasan dan akibatnya pola difraksi
yang tampak pada layar hanya menghasilkan satu pola terang saja. Hal ini
menjadi logis karena untuk nilai n=
0, cahaya yang ditransmisikan dari celah ke layar sejajar dengan cahaya datang
dan dengan demikian, kalaupun ada interferensi, menghasilkan pola terang. Pola
difraksi yang terjadi pada difraksi Franhoufer dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Pola difraksi Franhoufer
celah tunggal yang tampak pada layar.
Pola gelap terang hasil interferensi yang tampak pada layar merepresentasikan
energi gelombang elektromagnetik yang jatuh suatu titik. Seperti yang telah
dikemukakan pada, intensitas berhubungan dengan tingkat kecerahan cahaya. Pada
titik dimana terdapat terang pusat, disitulah intensitas cahaya paling besar.
Dalam konteks energi elektromagnetik, pada titik itu pula energi gelombang
elektromagnetik terakumulasi secara maksimum (Dood, 2000).
D.
Intensitas Cahaya Pada Difraksi
1.
Franhoufer Celah Tunggal
Gambar 7 Distribusi cahaya pada difraksi
celah tunggal Franhoufer.
Distribusi
intensitas cahaya pada difraksi celah tunggal Franhoufer tampak seperti pada Gambar 7. Pada saat θ intensitas yang terlihat
pada layar adalah maksimum. Intensitas semakin menurun dengan bertambahnya
sudut. Semakin besar sudut semakin kecil intensitas. Dalam difraksi Franhoufer,
intensitas maksimum hampir terlokalisir pada satu titik yaitu pada terang
pusat. Intensitas yang terukur pada saat θ=0
adalah juga maksimum. Perhatikan bahwa ketika θ = 0 nilai α adalah nol.Namun
dari persamaan tersebut dihasilkan intensitas nol/nol. Sudut α diukur dalam satuan radian. Hasil perhitungan nol/nol menghasilkan angka yang tidak
tentu (Ishimaru, 1991).
E.
Difraksi dan Resolusi Alat Optik
Pada pembahasan sebelumnya
telah kita tunjukkan bahwa lebar celah yang digunakan untuk difraksi cahaya mempengaruhi
pola difraksi yang terbentuk pada layar. Pada difraksi Franhoufer diperoleh
interferensi maksimum terlokalisir pada satu titik yaitu pada saat sudut θ=0. Namun demikian, di sekitar
terang maksimum terdapat pola terang lainnya walaupun intensitasnya sangat
kecil.
Dalam aplikasinya, munculnya
pola terang di sekitar terang pusat menunjukkan keterbatasan suatu alat optik untuk
memisahkan objek. Yang dimaksud dengan memisahkan
objek adalah melihat objek dengan jelas.Tingkat akurasi alat
optik yang digunakan untuk melihat objek dengan jelas/melihat jelas dua atau
lebih objek yang berdekatan disebut resolusi. Contoh sederhana yang dapat kita
gunakan sebagai ilustrasi adalah melihat lampu sebuah mobil yang berada pada
jarak yang sangat jauh. Jika kita berada dekat dengan mobil, mata kita dapat
dengan mudah membedakan dan mendeteksi bahwa kedua lampu mobil tersebut
terpisah. Namun jika kita berada pada jarak yang sangat jauh, lampu mobil
seolah-olah menjadi satu. Mata kita memiliki keterbatasan dalam melihat dua
benda atau atau lebih yang terpisah. Kebanyakan alat optik menggunakan cermin
atau lensa yang berbentuk lingkaran. Pada tahun 1830-an, Goerge Airy mengadakan
eksperimen terkait fenomena difraksi pada cahaya yang dilewatkan pada celah
berbentuk lingkaran.
Yang mana D adalah diameter celah yang
digunakan sebagai celah difraksi. Pola difraksi yang diamati oleh Geroge Airy
dapat dilihat pada Gambar 8. Konsep
Airy tidak dapat diterapkan untuk menganalisis objek yang saling berdekatan
karena difraksi Airy menghasilkan pola interferensi tunggal saja. Agar dua objek
terpisah dapat dikenali sebagai dua objek yang terpisah, bukan objek yang
menyatu, maka difraksi dari objek pertama harus saling tumpang tindih dalam konfigurasi
interferensi minimum dengan difraksi objek kedua. Keadaan tersebut dipenuhi
jika sudut pisah antara dua objek minimum adalah θmin. Untuk dua objek yang terpisah sejauh S berada pada jarak L dari suatu alat optik yang
berdiameter D maka
syarat agar dua objek tersebut dapat terlihat dengan jelas adalah:
Gambar 8. Pola terang pusat disk
Airy.
Berdasarkan Gambar 8. Di
atas sekitar 85% dari seluruh intensitas cahaya terkonsentrasi pada area disk
Airy tersebut (Keiser, 1991).
F.
Kisi Difraksi
Jika cahaya dilewatkan pada
sebuah celah maka cahaya tersebut akan mengalami difraksi yang pada gilirannya akan
mengalami interferensi, ditandai dengan adanya pola gelap-terang yang terlihat
pada layar. Pada dasarnya setiap gelombang cahaya yang melalui suatu penghalang
akan mengalami pembelokan arah rambat. Berdasarkan eksperimen yang dilakukan
para ilmuwan, difraksi dapat juga diamati jika cahaya dilewatkan pada banyak
celah. Kita telah mempelajari mengenai interferensi dan difraksi pada celah
tunggal dan ganda. Dari dua konfigurasi tersebut selalu diperoleh pola gelap-terang
pada layar. Suatu penghalang yang terdiri dari banyak sekali celah dimana jarak
antara celah tersebut seragam (jarak antar celah sama dan teratur) disebut
dengan kisi difraksi. Jumlah
celah dalam suatu kisi dapat mencapai orde ribuan celah tiap cm. Kisi difraksi
memiliki beberapa kelebihan dibanding celah tunggal atau ganda. Ketika cahaya
melalui kisi, setiap celah pada kisi tersebut dapat dianggap sebagai sumber
gelombang cahaya. Setiap cahaya dibelokkan dengan besar sudut tertentu sehingga
cahaya-cahaya tersebut memiliki lintasan yang berbeda satu dengan yang lainnya.
Gambar 9 Cahaya datang pada kisi
difraksi.
Pada layar terbentuk
pola gelap terang, jika demikian maka cahaya yang mengalami interferensi akan
lebih banyak dibanding interferensi yang terjadi pada celah ganda dan tunggal.
Jumlah interferensi yang lebih banyak
ini menghasilkan pola gelap terang yang lebih kuat (intensitasnya
lebih kuat) pada layar sehingga pengukuran dan identifikasi terhadap pola-pola
interferensi tersebut menjadi lebih akurat. Pola gelap dipenuhi jika beda fase
antara gelombang cahaya tersebut 1800. Beda fase tersebut sebanding dengan beda
lintasan ½Î». Untuk Sembarang posisi
pada layar, pola gelap teramati pada beda fase ½Î»
dan kelipatan
bilangan bulat. Cahaya yang mengalami interferensi atau difraksi pada dasarnya
tidak mengalami penambahan atau pengurangan (Mooney, 2000).
Gambar 10 Difraksi cahaya pada salah
satu segmen kisi difraksi.
Energi gelombang elektromagnetik yang dibawa oleh cahaya
adalah kekal. Cahaya hanya mengalami pembelokan arah rambat dan superposisi
saja. Jika I0
menyatakan intensitas cahaya yang dibawa oleh berkas cahaya yang melewati
sebuah celah pada suatu kisi maka intensitas total cahaya yang jatuh pada layar
adalah Itotal=NI0 dengan N menyatakan jumlah celah pada
kisi yang digunakan. Intensitas rata-rata pada layar dengan demikian adalah NI0. Pada layar terbentuk
pola gelap terang sehingga intensitas cahaya tersebar tidak tepat pada seluruh
permukaan layar melainkan terkonsentrasi pada titik-titik dimana terjadi interferensi
maksimum saja. Dengan demikian intensitas pada setiap titik maksimum tentu
lebih besar dari NI0.
Intensitas cahaya sebanding dengan kuadrat medan listrik (Sanjaya, 2010).
III.
PROSEDUR
PERCOBAAN
PROSEDUR
PERCOBAAN
A.
Alat dan Bahan
Adapun
alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan difraksi ini adalah :
1. Layar Penangkap Bayangan
2. Penggaris
3. Statif
untuk memegang slit dan kisi
4. Celah
banyak (grating)
5. Meteran
6. Celah tunggal
7. Sumber cahaya dari laser
B.
Prosedur
Percobaan
1.
Celah Tunggal
1. Mengatur
keluaran sinar LASER.
2. Menentukan lebar celah dengan melihat skala yang
menempel pada slit.
3. Menghidupkan LASER dan mengamati pola difraksi pada
dinding.
4. Mengukur jarak antara pola bayangan.
5. Mengukur
jarak antara celah dengan dinding dan jarak antara pola satu dengan yang lain.
Mengukur nilai θ dengan menggunakan rumus sinus. Mengkonfirmasi hasil percobaan
dengan perhitungan.
6. Mengulang
percobaan no 2 dengan lebar celah yang berbeda dan mengukur jarak antara pola
bayangan. Mengaturnya dengan memutar baut pada celah tunggal.
2. Celah
Banyak atau Kisi
1. Mengatur keluaran sinar LASER
dengan kisi sama tinggi.
2. Menempatkan kisi didepan LASER sejauh beberapa cm
dan jarak layar sekitar 20 cm.
3. Menghidupkan
LASER dan mengamati bayangan pada layar untuk maksimum orde ke-nol, ke-1, dan
ke-2. Menentukan sudut orde ke-nol, ke-1, dan ke-2. Mengukur sudut harus pada
layar yang melingkar atau dengan menggunakan rumus tangen θ.
4. Mengganti
LASER dengan lampu cahaya tampak yang telah difilter dengan warna hijau dan
merah dan menentukan berapa sudut orde ke-nol, ke-1, dan ke-2.
5. Merubah jarak kisi dan layar serta mengamati
hasilnya.
C. SKETSA ALAT
IV.
HASIL PENGAMATAN
DAN PEMBAHASAN
A.
Hasil Pengamatan
Adapun
hasil yang dapat diamati setelah melakukan percobaan ini adalah:
Tabel 1. Hasil Pengamatan pada Celah
Tunggal
No. l (10-2m) m y (10'-2m) a(10'-4m) λ (m)
1. 359 1 2,0 3 
2. 359 2 3,5 3 
3. 359 3 5,0 3 
Tabel 2. Hasil Pengamatan pada Celah
Banyak
No l(10'-2m) M
y(10'-2m) N(line/mm) d.1/N (cm) λ (m)
1 65 1 12,6 600 1,67 0,003
2 65 2
11,5 600 1,67 0,218
3 65 3 16,9 600 1,67 0,231
B.
Pembahasan
Pada tahun 1818 Fresnel menunjukkan
bahwa fenomena difraksi dapat dijelaskan dengan merujuk pada teori Huygens
digabung dengan konsep interferensi. Hasil kerja keras Fresnel ditindaklanjuti
oleh Kirchhoff yang pada tahun 1882 mencetuskan cara pandang baru dalam
memahami fenomena difraksi. Teorema Krchhoff ini terimplementasi dalam suatu
persamaan yang disebut sebagai integral Kirchhoff. Integral Kirchhoff ditarik
dari prinsip Hurgens–Fresnel yang menyatakan bahwa rambatan gelombang cahaya
dari suatu muka gelombang dihasilkan dari superposisi muka gelombang
sebelumnya.
Fenomena
difraksi terkenal sebagai salah satu bidang optik yang sarat dengan matematika
yang rumit sehingga solusi-solusi persamaan-persamaan matematis yang digunakan
sebagai penjelas fenomena difraksi pada saat itu tidak ada satupun yang
dianggap paling ampuh. Hingga pada tahun 1896 Sommerfeld berhasil membuat
formulasi yang dianggap “ampuh” untuk menjelaskan fenomena difraksi. Sommerfeld
melakukan investigasi terhadap fenomena difraksi yang terjadi pada gelombang
bidang yang dirambatkan melalui cermin reflektor-transmiter.
Namun,
kembali pada masalah teknis, karena kerumitan model matematika yang digunakan
oleh Sommerfeld dan teman-temannya maka sebagai implifikasi digunakanlah
pendekatan-pendekatan yang, paling tidak, mencakup aspek kuantitatif dan kualitatif
fenomena difraksi. Dari model-model yang telah diuji, model pendekatan Huygens
dan Fresnel adalah yang paling banyak digemari para ilmuwan karena disamping
sederhan, metode tersebut juga cukup ampuh untuk digunakan sebagai analisis
fenomena difraksi.
Difraksi
adalah peristiwa pelenturan muka gelombang ketika melewati celah sempit. Pola
difraksi gelombang cahaya dapat diamati dengan eksperimen menggunakan difraksi
celah tunggal dan kisi difraksi. Difraksi cahaya terjadi
apabila cahaya yang sedang merambat mengenai suatu objek penghalang atau
melalui suatu celah yang sangat sempit. Difraksi cahaya terjadi sebagai akibat
dari interferensi yang terjadi diantara tiap–tiap muka gelombang pada gelombang
cahaya itu sendiri. Hal ini dapat dijelaskan berdasarkan prinsip Huygens yang
menyatakan bahwa setiap titik pada muka gelombang berlaku sebagai sumber
sekunder pada gelombang merambat kearah rambat berikutnya. Interferensi bila di
depan celah diletakkan sebuah layar detektor, akan tampak pola gelap yang terjadi
akibat interferensi destruktif dari gelombang cahaya dan mengakibatkan jumlah
total amplitudo nya berkurang, dan pola terang yang terjadi akibat interferensi
konstruktif dari gelombang cahaya dan mengakibatkan jumlah total amplitudonya
bertambah. Pada difraksi celah tunggal, cahaya sumber dilewatkan pada satu buah
celah. Pola difraksi cahayanya bergantung pada perbandingan ukuran panjang gelombang
dengan lebar celah yang dilewati.
Di dalam difraksi celah tunggal setiap titik pada celah tunggal dapat
dianggap sebagai sumber gelombang sekunder.Selisih antara kedua berkas yang terpisah
sejauh d adalah dsin
θ. Analogi dengan pola interferensi
celah ganda Young, pola terang difraksi celah tunggal diperoleh jika: dsin θ =nλ, dengan n= 0, 1, 2, 3, dengan d adalah lebar celah. Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika dsin θ=(n– ½ )λ, dengan n= 1, 2, 3, …
Pada difraksi celah ganda, cahaya sumber dilewatkan pada
dua buah celah yang terpisah secara paralel. Difraksi cahaya pada celah ganda pola
difraksi cahayanya bergantung pada perbandingan ukuran panjang gelombang dengan
lebar celah yang dilewati dan juga jarak pemisahan celah pertama dan celah kedua
.
Difraksi
yang terjadi pada kisi-kisi terdiri atas banyak celah dengan lebar yang sama.
Lebar tiap celah pada kisi difraksi disebut konstanta kisi dan dilambangkan
dengan d. Jika dalam sebuah kisi sepanjang 1 cm terdapat N celah konstanta
kisinya adalah pola terang oleh kisi difraksi diperoleh jika: dsin θ =nλ,
dengan n=0, 1, 2, 3, …dengan d adalah konstanta kisi dan θ adalah sudut
difraksi. Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika d sin θ = (n – ½ )λ,
dengan n=1, 2, 3, …
Dalam
optika dikenal difraksi Fresnel dan difraksi Fraunhofer. Difraksi Fresnel terjadi jika
gelombang cahaya melalui celah dan terdifraksi pada daerah yang relatif dekat,
menyebabkan setiap pola difraksi yang teramati berbeda-beda bentuk dan
ukurannnya, relatif terhadap jarak. Difraksi Fresnel juga disebut difraksi
medan dekat.
Difraksi
Fraunhofer terjadi jika gelombang medan melalui celah atau kisi, menyebabkan
perubahan hanya pada ukuran pola yang teramati pada daerah yang jauh.
Gelombang-gelombang cahaya yang keluar dari celah atau kisi pada difraksi
Fraunhofer hampir sejajar. Difraksi fraunhofer juga disebut difraksi medan
jauh.
Jika
kita memiliki dua benda titik yang terpisah pada jarak tertentu, bayangan kedua
benda bukanlah dua titik tetapi dua pola difraksi. Jika jarak pisah kedua benda
titik terlalu dekat maka pola difraksi kedua benda saling menindih. Kriteria Rayleigh yang ditemukan Lord Rayleigh
menyatakan bahwa dua benda titik yang dapat dibedakan oleh alat optik, jika
pusat pola difraksi benda titik pertama berimpit dengan pita gelap (minimum) ke satu pola difraksi
benda kedua. Ukuran sudut pemisah agar dua benda
titik masih dapat dipisahkan secara tepat berdasarkan Kriteria Rayleigh disebut sudut resolusi minimum (θm).
Percobaan difraksi ini dilakukan dengan menggunakan
dua celah diantaranya adalah celah tunggal dan celah banyak. Pada percobaan
celah tunggal, dilakukan dengan menghidupkan sebuah
laser yang mengarah ke dinding. Setelah seberkas sinar terbentuk pada didinding, praktikan mencatat data dan mengamati pola difraksi
yang terbentuk. Sedangkan pada celah banyak, sinar laser
diarahkan menuju layar sebagai objek pantulan sinar dari laser. Perbedaan percobaan dengan menggunakan celah tunggal dan
celah banyak salah satunya adalah pada jarak antara sumber cahaya (laser) ke
objek ukur (dinding dan layar).
Pada
praktikum kali ini yaitu untuk mempelajari peristiwa kisi difraksi, menentukan
panjang gelombang sumber sinar laser. Kisi difraksi adalah kisi-kisi yang sering digunakan untuk
mengukur panjang gelombang dan untuk mengkaji struktur dan identitas
garis-garis spektrum. Kisi-kisi tersebut dibuat dengan galur-galur sejajar yang
berjarak yang berjarak sama terhadap satu sama lain, yang lebih spesifiknya
lagi kisi difraksi bermanfaat untuk mengukur panjang gelombang cahaya. Pada
percobaan ini yaitu mencari jarak kisi dengan sepersatuan banyaknya garis dalam
mm untuk banyaknya garis dalam mm (N), untuk N 600 didapatkan jarak kisi
sebesar 1,67x10-4cm . Untuk jarak titik terang pusat dengan sumber cahaya (L) yaitu
92 cm untuk mencari nilai panjang gelombang (λ) digunakan rumus dsinθ=nλ, dimana d yaitu jarak kisi sesuai
dengan yang dijelaskan diatas, sinθ nilainya sama dengan jarak terang pusat dengan jarak terang
pertama, kedua (y2) seper jarak terang pusat denga sumber cahaya (L)
yaitu y/L, untuk n yaitu orde. Dari hasil pengamatan bahwa semakin besar nilai
N yang didapatkan semakin kecil jarak kisi (d) yang didapatkan dan sebaliknya
semakin kecil nilai N yang didapatkan semakin besar jarak kisi (d) yang
didapatkan, dan untuk nilai jarak terang pusat dengan jarak terang pertama dari
nilai N yang berbeda semakin besar nilai N yang diperoleh, maka semakin besar
pula nilai jarak terang pusat dengan jarak terang pertama (y) yang didapatkan.
Pada percobaan celah tunggal hal yang harus dilakukan adalah, menghidupkan sumber cahaya laser
dan kemudian mengatur posisi celah terhadap sumber cahaya dan setelah itu
melihat apakah sudah terbentuk dengan baik difraksi cahaya pada dinding yang
menjadi pengganti layar, jika belum atur celah hingga benar-benar mendapatkan
hasil difraksi yang baik. Dalam percobaan menggunakan celah tunggal ini,
diperoleh hasil jarak antara laser dan
dinding dalam pengukuran
sebesar 359x10-2 meter, untuk lebar fringe
cerah pusat pertama, kedua, dan ketiga diperoleh nilai masing-masing yaitu
sebesar 2x10-2
m, 3,5x10-2 m, dan 5 x 10-2
m. Setelah dilakukan perhitungan dari data
yang diperoleh untuk celah tunggal dihasilkan panjang gelombang sebesar
m, 
=
m2, 
Saat
percobaan menggunakan celah banyak langkah kerja yang dilakukan sama seperti percobaan menggunakan
celah tunggal hanya saja jarak yang digunakan antara layar dan sumber cahaya
sebesar 65x10-2
m. Dan dari percobaan ini diperoleh data diantaranya adalah 
0,3x10-2m, λ2 = 0,218m dan
untuk λ3 = 0,231m. sedangkan untuk nila rata-ratanya
sebesar 
, 
0,350m, 
, dari kedua percobaan yang telah dilakukan,
diperoleh nilai KR menggunakan celah tunggal sebesar 3,92%, percobaan menggunakan celah banyak sebesar 29,01 %, nilai KR
yang diperoleh daripercobaan celah tunggal lebih kecil dibandingkan dengan
nilai KR yang diperoleh pada celah banyak, hal ini bias disimpulkan bahwa semakin kecil % error (KR) yang didapatkan, maka semakin baik
pula hasil pengamatannya. Dengan kata lain praktikan berhasil
mengamati difraksi pada celah tunggal dengan baik, namun kurang berhasil
mengamati proses pada saat pengambilan data terhadap difraksi celah ganda
(banyak).
m, =m2, Saat
percobaan menggunakan celah banyak langkah kerja yang dilakukan sama seperti percobaan menggunakan
celah tunggal hanya saja jarak yang digunakan antara layar dan sumber cahaya
sebesar 65x10-2
m. Dan dari percobaan ini diperoleh data diantaranya adalah 0,3x10-2m, λ2 = 0,218m dan
untuk λ3 = 0,231m. sedangkan untuk nila rata-ratanya
sebesar , 0,350m, , dari kedua percobaan yang telah dilakukan,
diperoleh nilai KR menggunakan celah tunggal sebesar 3,92%, percobaan menggunakan celah banyak sebesar 29,01 %, nilai KR
yang diperoleh daripercobaan celah tunggal lebih kecil dibandingkan dengan
nilai KR yang diperoleh pada celah banyak, hal ini bias disimpulkan bahwa semakin kecil % error (KR) yang didapatkan, maka semakin baik
pula hasil pengamatannya. Dengan kata lain praktikan berhasil
mengamati difraksi pada celah tunggal dengan baik, namun kurang berhasil
mengamati proses pada saat pengambilan data terhadap difraksi celah ganda
(banyak).
Gelombang cahaya yang
terbentuk pada layar tersusun secara
pararel tetapi tidak bertindih. ada beberapa kendala yang di alami oleh para
praktikan disaat berlangsungnya proses
pengambilan data diantaranya adalah praktikan mengalami kesulitan dalam menentukan cahaya terang yang
menjadi titik acuan pengukuran, susah dalam
membuat pola difraksi yang bagus agar mudah diamati karena sinar laser tidak
tepat mengarah ke celah variabel, dan tidak hanya itu kemampuan dari
para praktikan yang terbatas dalam ilmu pengetahuan terutama terkait teori sifat gelombang cahaya juga
mempengaruhi jalannya percobaan.
Aplikasi dari difraksi dapat kita temukan pada permukaan sebuah CD yang memunculkan pola warna-warni yang apabila dilihat dari
berbagai sudut pandang pola warna tersebut dapat berubah-ubah. Peristiwa
tersebut merupakan contoh dari difraksi gelombang cahaya. Ketika seberkas
cahaya terhalang oleh suatu bahan yang tidak transparan maka lintasan cahaya
tersebut akan mengalami pembelokan. Itulah yang disebut difraksi. Pada dasarnya
difraksi merupakan salah satu contoh dari interferensi gelombang. Sifat
gelombang yang dapat dibelokkan ini ternyata dapat diterapkan untuk menganalisa
struktur suatu material atau bahan tertentu. Suara dan air juga mempunyai sifat yang dapat
membelok pada sekitar sudut-sudut. Fenomena ini dikenal sebagai difraksi yang
juga dapat dipandang sebagai interferensi dari sejumlah besar sumber- sumber
gelombang koheren.
V.
KESIMPULAN
Dari
hasil pengamatan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Kisi difraksi adalah kisi-kisi yang
dibuat dengan galur-galur sejajar yang berjarak sama terhadap satu sama lain,
yang lebih spesifiknya lagi kisi difraksi bermanfaat untuk mengukur panjang
gelombang.
2. Jika dalam sebuah kisi sepanjang 1
cm terdapat N celah konstanta kisinya adalah pola terang oleh kisi difraksi
diperoleh d sinθ=nλ.
3. Semakin besar nilai N yang digunakan
semakin besar nilai y yang didapatkan.
4. Semakin besar nilai N yang digunakan
jarak kisi (d) yang didapatkan semakin kecil, sebaliknya semakin kecil nilai N
yang digunakan nilai jarak kisi (d) yang didapatkan semakin besar.
5. Nilai panjang gelombang untuk N=600
pada celah tunggal dengan y1 yaitu 2x10-2m sebesar 16x
10-7m, y2 yaitu 3,5x10-2m
sebesar 14x 10-7m, y3 yaitu 5x10-2m sebesar
13x 10-7m.
6. Nilai panjang gelombang untuk N=600
pada celah banyak dengan y1 yaitu 12,6x10-2m sebesar 0,3x
10-2m, y2 yaitu 11,5x10-2m sebesar 0,218m, y3
yaitu 16,9x10-2m sebesar 0,231m.
7. Panjang gelombang rata-rata pada
celah tunggal diperoleh sebesar 14x10-7m. Dan panjang gelombang
rata-rata pada celah banyak diperoleh sebesar 0,316m, sedangkan panjang
gelombang sinar laser berdasarkan referensi sebesar 632,8x10-9m.
DAFTAR
PUSTAKA
Allard, Frederick C. 1990. Fiber Optics Handbook for Engineer and
Scientist. USA: Mc Graw Hill.
Baiquni.
1985. Fisika Modern. Jakarta: PN Balai Pustaka.
Dood, Annabel Z. 2000. The Essential Guideto Telecomunications (Panduan
Pokok untuk Telekomunikasi). Yogyakarta: Penerbit Andi.
Halliday,
Resnick. 1987. Fisika Untuk Universitas Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
Ishimaru, Akira. 1991. Electromagnetic, Wave Propagation, Radiation
and Scattering. Inc: Prentice Hall.
Keiser, Gerd. 1991. Optical Fiber Communications.
USA: Mc Graw-Hill.Inc.
Mooney,
William J. 2000. Optoelectronic Devices and Principle. USA: Prentice-Hall
International. Inc.
Sanjaya, Mada. 2010. Modul
Eksperimen Fisika 2 . Bandung: Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati
Bandung.
Tripler,
Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains dan Tekhnik. Jakarta: Erlangga.
Kak, izin membaca sebagai referensi
ReplyDelete