Dasar keteknikan Fisika optik adalah ilmu pengetahuan tentang

Dasar keteknikan

§Fisika optik adalah ilmu pengetahuan tentang cahaya: hakekat, sifat, interaksi dengan lingkungan dan fenomena yang dihasilkan.

§ Studi tentang fisika optik dibagi menjadi tiga bidang studi, masing adalah : § A. Optika geometri, bidang ini memberikan pemahaman cahaya dalam konsep garis sinar. § B. Optika fisis, bidang ini memberikan pemahaman cahaya dalam konsep gelombang. § C. Optika quantum, bidang ini memahami interaksi cahaya dengan materi pada tingkat atomik.

§Optika geometri dan optika fisis membahas yang berhubungan dengan aspek makroskopik, sedangkan optika kuantum membahas yang berhubungan dengan aspek mikroskopik.

Hakekat cahaya: § 1. teori korpuskuler dari Newton Teori ini mengatakan bahwa cahaya adalah partikel-partikel yang merambat menurut garis lurus dengan kecepatan besar. § 2. teori gelombang dari Huygens Teori ini mengatakan bahwa cahaya adalah gelombang yang berasal dari sumber yang bergetar dan merambat didalam medium yang disebut ether.

§ Persamaan Maxwell: § Muatan diam menghasilkan medan listrik § Muatan bergerak menghasilkan medan listrik yang berubah § Medan listrik yang berubah menghasilkan medan magnet § Ketika perubahan medan listrik menghasilkan medan magnet, dan perubahan medan magnet menghasilkan medan listrik, suatu medan berbentuk sinus dihasilkan yang menjalar pada medan tersebut § Medan yang menjalar tersebut adalah gelombang elektromagnetik

§ gelombang elektromagnetik

§ Spektrum gelombang elektromagnetik

§. 4. teori dualisme dari Maxplanck cahaya dianggap sebagai partikel yang disebut foton, dan juga cahaya dianggap sebagai gelombang. Teori ini mendefinisikan energi foton E = hf=hv/λ h=konstanta planck=6, 63 x 10 -34 J. s, v cepat rambat gelombang, λ=panjang gelombang dan f=frekuensi

Refleksi dan refraksi cahaya

§Optika geometri adalah pelajaran tentang cahaya tampak(visible light) yang berhubungan dengan aspek-aspek makroskopis dari cahaya, berkas cahaya dimodelkan sebagai garis sinar yaitu berkas(beam) yang diameternya diabaikan. Sebagai gelombang, cahaya dianggap merambat menurut lintasan berbentuk garis lurus pada medium yang homogen.

§ Azas Huygens: § Huygens mendefinisikan konsep yang disebut muka gelombang yaitu sebagai tempat kedudukan gelombang-gelombang yang fasanya sama. Untuk sumber gelombang berupa titik didalam ruang, muka gelombang berupa bola-bola kosentris atau untuk kasus dua dimensi digambarkan sebagai lingkaran kosentris.

§ Azas Huygens (lanjutan ): Setiap titik pada muka gelombang digambarkan garis yang arahnya tegak lurus pada muka gelombang yang disebut garis sinar. Apabila untuk kasus sumber yang jauh sekali muka gelombang dinggap berbentuk bidang datar dan disebut gelombang bidang dan garis sinar berupa panah-panah yang sejajar. Pada kasus muka gelombang berbentuk bola, arah garis sinar menyebar dan disebut gelombang sferis.

§ Azas Huygens(lanjutan): : “Setiap titik pada muka gelombang dapat dianggap sebagai sebuah sumber kecil dari wavelets kecil yang menyebar menuju arah kecepatan gelombang tersebut. Muka gelombang baru terbentuk menjadi sampul dari semua wavelets – tangensial dari semuanya.

. §§ Prinsip Huygen menunjukkan bagaimana muka gelombang berpindah dari posisi AB ke posisi CD. § Sejumlah sumber – sumber kecil yang banyak membentuk muka gelombang baru. Kombinasi membentuk sebuah muka gelombang baru, yang disebut wavelet.

§. § Menyederhanakan cahaya sebagai gelombang § Semua titik yang terdapat pada puncak-puncak gelombang § Sinar : Sebuah garis yang digambar sesuai dengan arah gerak tegak lurus terhadap muka gelombang

§ Teori Malus: § Teori Malus mengatakan bahwa didalam medium yang homogen setiap titik pada muka-muka gelombang yang berurutan saling berkorespondensi sehingga membentuk lintasan gelombang yang berupa garis lurus. (setiap titik yang berkorespondensi pada muka gelombang yang berbeda hanya akan dilalui oleh satu garis lurus. § Prinsip Fermat: § Pada medium yang homogen, lintasan garis sinar memerlukan waktu tempuh yang sesingkat-singkatnya

§ Selanjutnya setiap garis sinar yang dihasilkan oleh sumber yang dekat dengan pengamat dan yang jauh dari pengamat dapat dinyatakan masing-masing oleh : § garis sinar gelombang sferis § garis sinar gelombang bidang

§ Fenomena pemantulan total merupakan dasar operasi dari sistim kabel serat optik atau FO cable § data § Sumber cahaya § termodulasi data § Struktur kabel serat optik

§ Dari hukum snellius untuk refleksi dan refraksi dapat dilihat bahwa, jika arah berkas cahaya yang dipantulkan atau dibiaskan dibalik sehingga merupakan sinar datang, maka lintasan yang ditempuh akan sama dengan lintasan semula. Hal ini disebut prinsip balik cahaya. Prinsip ini juga berlaku pada kasus sudut kritis.

§ Fenomena bayangan - objek : hasil interaksi cahaya tampak yang berasal dari objek(cahaya datang)menuju permukaan peralatan optis. § Optika geometri : studi tentang pembentukan bayangan objek dengan memandang cahaya tampak bertingkah laku sebagai garis sinar. Optika geometri pada umumnya mempelajari peristiwa-peristiwa cahaya tampak dan cahaya yang mempunyai panjang gelombang disekitar cahaya tampak

§Akan dibahas interaksi cahaya dengan peralatan optis dasar, sebagai konsep dasar dari operasi peralatan optis. Interaksi cahaya dengan bidang batas materi mendefinisikan sifat permukaan materi menurut bentuk geometri permukaan bidang batas.

§ Jenis permukaan materi menurut bentuk geometri bidang batas : 1. permukaan datar(kasus permukaan sferis dgn radius tak berhingga) 2. Permukaan sferis 3. permukaan asferis(paraboloid, hiperboloid, elipsoid)

§ Jenis dan sifat permukaan materi terhadap interaksi permukaan materi dengan cahaya: § 1. cermin adalah materi yang permukaan nya memiliki koefisien refleksi 100 %, seluruh berkas sinar dipantulkan. Berarti tidak ada berkas sinar yang direfraksikan, benda seperti ini disebut cermin ideal. § 2. lensa adalah materi yang permukaan nya memiliki koefisien refleksi 0 %, seluruh berkas sinar ditransmisikan. Berarti tidak ada berkas sinar yang dipantulkan, benda seperti ini disebut lensa ideal.

§Konsep dasar kerja peralatan optis: §Konsep dasar kerja peralatan optis memberikan pemahaman mengenai benda, sifat benda, bayangan, sifat bayangan dan mekanisme pembentukan bayangan terhadap sifat-sifat dan atribut peralatan optis. Masingmasing didefinisikan sbb:

1. titik benda adalalah titik potong antara sinar-sinar datang, dan akan disebut : a. benda real adalah perpotongan langsung dari sinar-sinar datang b. benda virtual adalah perpotongan dari sambungan sinar datang Catatan: sinar-sinar datang adalah sinar-sinar yang dipancarkan(konvergen) oleh titik benda/benda bercahaya atau sinar pantul oleh titik benda/benda yg menerima cahaya.

§. 2. titik bayangan adalah titik potong antara sinar-sinar pantul atau sinar-sinar bias, dan akan disebut : a. bayangan real adalah perpotongan langsung antara sinar-sinar pantul atau sinar- sinar bias. b. bayangan virtual adalah titik potong antara sambungan sinar-sinar pantu atau sinar-sinar bias.

§ Benda dapat dimodelkan dalam empat golongan: § - Benda titik § - Benda satu dimensi, benda dalam wujud garis(kumpulan benda-benda titik yang § terdistribusi pada satu arah tertentu) § - Benda dua dimensi, benda dalam wujud bidang(kumpulan benda-benda titik § yang terdistribusi pada dua arah) - Benda tiga dimensi, benda dalam wujud ruang(kumpulan benda-benda titik yang terdistribusi pada tiga arah)

§Komponen optik dasar ditinjau dari sifat dan bentuk geometri bidang batas : §i. cermin datar dan cermin sferis §ii. lensa datar dan lensa sferis

§ Suatu objek O berupa benda titik bercahaya berjarak o didepan suatu cermin datar(bidang pantul). Cahaya divergen jatuh didepan cermin sebagai gelombang sferis dilukiskan sebagai garis-garis sinar dipancarkan keluar dari O, pada setiap titik tempat sinar jatuh pada permukaan cermin dan dipancarkan kembali(pantul) secara divergen. Jika semua sinar yang direfleksikan diperpanjang kebelakang cermin, mereka akan berpotongan dititik I yang berjarak sama dengan jarak O kecermin. I disebut sebagai bayangan O, yang posisinya untuk setiap nilai o senantiasa berada pada garis normal bidang permukaan cermin yang melalui O. Sinar pantul se olah dipancarkan secara divergen dari titik I yg berjarak i dari belakang cermin. →karakter I=O garis perpanjangan sinar pantul § § O • o i • I muka cermin=bidang pantul § karena letak I dibelakang cermin : § dpt dibuktikan dgn hk snell: i = - o

§Untuk benda berada diposisi tak berhingga, garis-garis sinar datang berupa garis-garis yang sejajar, maka perpanjangannya juga berupa garis-garis yang sejajar

§ Objek berbentuk batang: § Setiap titik pada objek berlaku sebagai sumber gelombang sferical, dan memencarkan garis-garis sinar kepermukaan cermin, dan memencarkan kembali garis-garis sinar itu sebagai sinar pantul.

§ Soal : § 1. Berapakah jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua cermin datar yang saling berhadapan. § 2. berapakah tinggi suatu cermin vertikal jika orang yang tingginya 6 kaki ingin melihat bayangan seluruh tubuhnya. Anggap mata terletak 4 inchi dibawah ujung kepalanya.

§Cermin sferis terbagi dua : § i. cermin sferis permukaan cekung (cermin konkaf) §Ii. cermin sferis permukaan cembung(cermin konvek)

§ Sinar-sinar dari C dipantulkan kembali melalui C § Sinar-sinar sejajar sumbu akan dipantulkan melalui titik F, yang disebut titik focus § Sebaliknya sinar-sinar dari F akan dipantulkan sejajar sumbu. Yang nilainya f =R/2 § § § C • F • C f i = f o=∞ • F • o =f i = ∞

§ Sinar-sinar sejajar tetapi tidak sejajar sumbu cermin akan dikonvergen pada bidang focal

§ Sferis cembung i=∞ § § o=f o= ∞ § F i = f § f

§. § Pengumpul berkas penyebar berkas

§ Pada kasus lensa ditetapkan sifat bayangan dan benda, dengan mendefinisikan daerah real(R) dan daerah virtual(V) sbb: § permukaan lensa § Sisi V Sisi R § Sinar datang sinar refraksi

§ Soal: § 1. suatu benda pada sisi V lensa cembung pada jarak 20 cm, jari-jari lensa 10 cm. sinar datang dari udara masuk lewat permukaan cembung dari lensa. Tentukan jarak bayangan. Indeks bias udara 1 dan indeks bias lensa 1, 5 § 2, suatu benda berada didalam lensa cembung dengan jejari 10 cm pada sisi V berjarak 15 cm, sinar keluar menuju udara pada sisi R. Tentukan jarak bayangan.

Pembentukan bayangan oleh pembiasan § Bayangan akan terbentuk ketika sinar cahaya dibiaskan di batas dua material yang transparan (n 2 > n 1) § Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan dan jari – jari kelengkungan

Pembentukan bayangan oleh pembiasan § Sinar dari O dibiaskan oleh permukaan konkaf menjadi suatu bayangan maya (n 2 > n 1) § Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan dan jari – jari kelengkungan

Perjanjian tanda § do positif jika benda di delapan permukaan (benda nyata). § do negatif jika benda di belakang permukaan (benda maya). § di positif jika bayangan di belakang permukaan (bayangan nyata). § di negatif jika bayangan di depan permukaan (bayangan maya). § R positif jika pusat kelengkungan di belakang permukaan konvex. § R negatif jika pusat kelengkungan di depan permukaan konkaf.

Contoh § Seorang mahasiswa melihat vertikal ke bawah suatu kolam dengan kedalaman 1, 0 m. Berapa kedalaman kolam yang nampak terlihat? § Kedalaman kolam = 1, 0 m; dan untuk permukaan datar R = § Tanda minus menunjukkan bayangan I berada pada sis yang sama dengan dasar kolam O dan bayangan maya

Contoh § Sebuah sumber cahaya titik diletakkan pada jarak 25, 0 cm dari pusat bola kaca (n=1, 5) berjari-jari 10, 0 cm. Carilah bayangan dari sumber source R = 10 cm

Solusi § Terdapat dua pembiasan. Sinar cahaya dari sumber pertama kali dibiaskan dari permukaan kaca konvex yang berhadapan dengan sumber. § Jarak bayangan yang terbentuk pada permukaan 1 § Bayangan pembiasan pertama terletak 90 cm di sebelah kiri permukaan depan

Solusi § Bayangan pembaisan pertama bertindak sebagai benda untuk pembiasan yang terjadi pada permukaan belakang bola § Bayangan akhir terletak 28 cm dari sisi belakang bola

Lensa Tipis § Lensa tipis mempunyai ketebalan yang tipis dibandingan dengan jari-jari kelengkunyannya § Dapat berupa lensa konvergen atau divergen

Penjalaran sinar § Sinar sejajar dilewatkan ke titik fokus oleh lensa konvergen (bagian tengah lebih tebal dibandingkan pinggir)

Penjalaran sinar § Lensa divergen (bagian tepi lebih tebal dibandingkan tengah) membuat sinar sejajar menjadi menyebar § Titik fokus adalah titik asal sinar yang di-divergen

Kuat lensa § Keuat lensa adalah kebalikan dari panjang fokus § Satuan kuat lensa diukur dalam Diopters (D) § 1 D = 1 m-1

Penjalaran sinar (Lensa Konvergen) § Sinar 1 sejajar dengan sumbu utama. Setelah dibiaskan oleh lnesa, sinar melewati titik fokus pada sisi belakang lensa.

Penjalaran sinar (Lensa Konvergen) § Sinar 2 yang dilewatkan melalui titik fokus di depan lensa akan dibiaskan sejajar dengn sumbu utama

Penjalaran sinar (Lensa Konvergen) § Sinar 3 yang dilewatkan melalui pusat lensa akan diteruskan menyerupai garis lurus

Penjalaran sinar (Lensa Divergen) § Sinar 1 dilewatkan sejajar sumbu utama. Setelah melewati lensa akan dibiaskan seakan-akan berasal dari titik fokus bagian depan lensa § Sinar 2 yang diarahkan menuju titik fokus bagian belakang lensa akan dibiaskan sejajar sumbu optik § Sinar 3 yang melewati pusat lensa akan diteruskan

Persamaan Lensa Tipis § Persamaan lensa tipis sama dengan persamaan pada cermin § Perbesarannya pun mempunyai formula yang sama

Perjanjian Tanda § Panjang fokus positif untuk lensa konvergen dan negatif untuk divergen § Jarak benda positif ketika benda berada pada sisi yang sama dengan cahaya masuk, sebaliknya negatif § Jarak bayangan positif jika bayangan pada sis yang berlawanan dengan cahaya masuk; sebaliknya negatif § Tinggi bayangan positif jika bayangan tegak dan negatif bila sebaliknya

Kombinasi Lensa § Pada kombinasi lensa, bayangan yang terbentuk lensa pertama menjadi benda untuk lensa kedua (pada kasus ini mungkin saja jarak benda negatif)

Persamaan pembuat lensa § Hubungan antara jari-jari kelengkungan dan indeks bias terhadap panajang fokus lensa

Aberasi Lensa § The departures of actual (imperfect) images from the ideal predicted by theory are called aberrations.

MATA § Pupil berguna untuk mengatur banyaknya cahaya yang masuk ke mata. § Benda terlihat dengan jelas apabila bayangan terbentuk di retina. § Untuk menghasilkan bayangan yang jelas dari berbagai posisi benda maka lensa dapat berubah bentuknya (PROSES AKOMODASI) § Titik dekat standar = 25 cm § Titik jauh = tak hingga

Contoh Soal § Jika titik dekat mata anda 75 cm, berapa kuat lensa yang harus anda pakai untuk membuat titik dekat mata menjadi 25 cm ?

Contoh Soal § Seseorang menggunakan kacamata -3 dioptri, tentukan titik jauh matanya ?

KAMERA § Terdiri dari kotak cahaya yang sempit, lensa konvergen menghasilkan bayangan nyata, dan terdapat film yang menerima bayangan di bagian belakang. § Pengguna memfokuskan kamera dengan cara mengubah-ubah jarak antara lensa dan film

Contoh Soal § Kamera 35 mm memiliki ukuran gambar 24 mm x 36 mm. Kamera ini digunakan untuk foto seseorang 175 cm dan bayangan tersebut mengisi tinggi film (24 mm). Berapa jauh orang tersebut harus berdiri didepan kamera dengan fokus 50 mm)

KACA PEMBESAR § Titik dekat mata normal = 25, Tanpa alat, benda terlihat maksimum jika ditempatkan di s=25 cm. § Untuk lebih memperbesar, maka dengan bantuan loupe benda diletakkan lebih dekat dari 25 cm tapi dihasilkan bayangan di 25 cm

KACA PEMBESAR § Untuk lebih rileks, benda dapat diletakkan di fokus lensa, sehingga bayangan berada di tak hingga, untuk kondisi ini pembesaran

Contoh Soal § Seorang ahli botani memeriksa daun dengan menggunakan lensa cembung 12 dioptri sebagai kaca pembesar. Berapa pembesaran sudut yang diharapkan jika (a) bayangan akhir berada sejauh 25 cm ? (b) bayangan akhir berada di tak hingga (a) (b)

MIKROSKOP § Jika bayangan akhir berada di titik dekat mata (25 cm), pembesaran total : L = jarak antara lensa

MIKROSKOP § Untuk pengamatan lebih rileks, bayangan dari lensa objektif berada pada titik fokus mata, sehingga bayangan akhir berada di tak hingga. S = jarak antara fokus s fob fe

Contoh Soal § Mikroskop objektif Pob=45 dioptri dan Pokuler=80 dioptri. Lensa terpisah 28 cm, dengan menganggap bahwa bayangan akhir dibentuk dititik dekat mata 25 cm, berapa pembesarannya ?

TELESKOP § Benda yang sangat jauh diletakkan di fokus objektif, dan diperbesar oleh lensa mata menghasilkan bayangan di titik dekat mata atau di tak hingga. § Perbandingan diameter lensa : Paling ideal : de = diameter pupil mata

Contoh Soal § Teleskop memiliki pembesaran 7, kedua lensa terpisah sejauh 32 cm. Cari panjang fokus tiap lensa.

Fisika optik

§Topik – topik pembahasan : § 1. Interferensi cahaya § 2. Difraksi cahaya § 3. Polarisasi cahaya

Fisika optik

§ Kondisi untuk interferensi § Interferensi dan Sumber Koheren § Interferensi Dua Sumber Cahaya § Distribusi Intensitas dari Pola Interferensi Celah Ganda § Penjumlahan Fasor gelombang § Intereferensi Muka Gelombang Terpisah § Interferensi Amplitudo Terpisah § Interferometer

§ Menjelaskan gelombang hasil interferensi dalam ruang. § Menjelaskan terbentuknya pola interferensi dua gelombang cahaya koheren. § Menghitung intensitas beberapa titik pada pola interferensi. § Menjelaskan pola interferensi gelombang pantul yang melewati dua buah lapisan tipis. § Memahami interferensi dapat digunakan untuk mengukur jarak yang amat kecil.

Bagaimana warna burung merak terbentuk? § Warna pada bulu burung merak tidak disebabkan oleh pigment pada bulu. Jika tidak dihasilkan oleh pigment, bagaimana warna yang indah tersebut tersebntuk?

Bulu Burung Merak § Warna pada bulu burung merak dipengaruhi oleh interferensi. Struktur multi lapisan bulu menghasilkan interferensi yang menguatkan untuk beberapa warna seperti biru dan hijau § Warna akan berubah pada saat anda melihat pada sudut yang berbeda - beda § Warna – warni pada kupu – kupu dan burung humming juga merupakan hasil dari efek interferensi.

§ Interferensi gelembung sabun Warna ditimbulkan karena interferensi antara cahaya yang dipantulkan permukaan atas dan bawah lapisan gelembung sabun. § Warna tergantung pada ketebalan lapisan, bervariaso antara hitam ketika lapisan tertipis sampai dengan merah ketika lapisan tertebal.

Apakah cahaya itu ? § Cahaya membawa energi melalui partikel atau gelombang § Apakah cahaya merambat sebagai suatu aliran partikel yang menjauh dari sumbernya? § Apakah cahaya merambat dalam bentuk gelombang yang menyebar menjauh dari sumbernya? § Model Ray menjelaskan cahaya dengan baik, ketika cahaya dilewatkan pada suatu celah yang besar dibandingkan dengan panjang gelombang 700 -400 nm (red-violet) § Jika tidak sesuai, cahaya harus diperlakukan sebagai gelombang – gel EM

Prinsip Huygens § Christiaan Huygens (1629 -1695) – teori gelombang untuk cahaya § Newton was in favor of corpuscular (particle) nature of light: ironically both are right § Prinsip Huygens – benar untuk semua gelombang § Setiap titik pada suatu muka gelombang dapat dianggap sebagai suatu sumber baru yang kecil yang dapat menyebar searah dengan kecepatan gelombang. Muka gelombang baru adalah superposisi dari wavelet § Hal ini mengapa gelombang dapat melewati suatu celah

Interferensi cahaya § Semua interferensi yang berhubungan dengan gelombang cahaya timbul ketika medan elektromagnetik merupakan kombinasi beberapa gelombang individu § Hal yang harus diperhatikan dalam pengamatan interferensi gelombang cahaya, § Sumber harus koheren — kontantan fase harus dijaga satu dengan lainnya. § Sumber harus monokromatis — satu panjang gelombang

sefase Menguatkan Berlawana fase Melemahkan Tidak sefase Melemah sebagian

Percobaan celah ganda Young § Titik pusat P. § Kedua gelombang merambat dengan jarak sama pola terang § Titik Q § Gel yang di atas harus merambat satu panjang gelom lebih jauh dibandingkan dengan yang di bawah pola terang § Titik R § Gel yang di atas mempunyai lebih setengah panjang gel dari yang di bawah pola gelap

Percobaan celah ganda Young § Beda lintasan : § Interferensi menguatkan: § Interferensi melemahkan :

Posisi terang & gelap § Dari segitiga OPQ : § Pola terang dari O: § Pola gelap dari O:

Intensitas percobaan Young § I( =0) = 4 E 02 § I( ) = 4 E 02 cos 2( /2) § Terang ketika cos = 1, or -1

Interferensi lapisan tipis § Interferensi cahaya yang dipantulkan dari lapisan tipis merupakan kombinasi dua sinar yang dipantulkan oleh permukaan lapisan atas dan bawah. § Interferensi menguatkan pada lapisan tipis § Interferensi melemahkan pada lapisan tipis

Contoh – 1 § Suatu layar berada pada jarak 1. 2 m dari suatu celah ganda. Jarak antara dua celah adalah 0. 030 mm. Orde kedua pola terang (m = 2) berjarak 4. 5 cm dari pusat § Tentukan panjang gelombang cahaya. § Hitung jarak antara pola terang yang berdekatan.

Solusi – 1 § Untuk mencari panjang gelombang cahaya, m = 2, y 2 = 4. 5 10 -2 m, L = 1. 2 m dan d = 3. 0 10 -5 m § Jarak dua pola terang yang berdekatan § Ingatlah bahwa jarak semua pola terang yang berdekatan sama

Solusi – 1 § Untuk mencari panjang gelombang cahaya, m = 2, y 2 = 4. 5 10 -2 m, L = 1. 2 m dan d = 3. 0 10 -5 m § Jarak dua pola terang yang berdekatan § Ingatlah bahwa jarak semua pola terang yang berdekatan sama

Contoh – 2 § Sebuah sumber cahaya memancarkan cahaya tampak dengan dua panjang gelombang: = 430 nm dan ’ = 510 nm. Sumber digunakan pada percobaan celah ganda dengan L = 1, 5 m dan d = 0, 025 mm. Carilah jarak pisah antara pola terang ketiga.

Solusi – 2 § Dengan m = 3 dicari posisi terang pada dua panjang gelombang § Oleh karena itu, jarak pisah antara dua terang

Contoh – 3 § Hitunglah ketebalan minumim lapisan busa sabun (n = 1, 33) yang menghasilkan interferensi menguatkan jika disnari cahaya yang mempunyai panjang gelombang = 600 nm di ruang hampa § Berapakah ketebalan lapisan lain yang menghasilkan interferensi menguatkan ?

Solusi – 3 § Ketebalan minimum lapisan untuk interferensi menguatkan terjadi pada m = 0. Memberikan 2 nt = /2 atau § Ketebalan film lain yang menghasilkan interferensi menguatkan adalah 338 nm, 564 nm, 789 nm, dan seterusnya.

Fisika optik

§ Difraksi Franhoufer dan Fresnel § Difraksi Franhoufer Celah Tunggal § Intensitas pada Pola Celah Tunggal § Difraksi Franhoufer Celah Ganda § Kisi Difraksi

§ Menjelaskan sifat cahaya apabila menemui penghalang atau lubang. § Memahami pola difraksi cahaya koheren yang melewati celah sempit. § Memprediksi pola difraksi dari cahaya yang melewati deret celah sempit yang rapat. § Menjelaskan bagaimana ilmuwan menggunakan kisi untuk menentukan panjang gelombang. § Menjelaskan efek difraksi yang membatasi detail terkecil yang dapat dilihat oleh teleskop.

Peta Konsep §. Franhoufer dan Fresnel Franhoufer Celah Tunggal Kisi Difraksi Franhoufer Celah Ganda Intensitas Celah Tunggal

Compact Disc (CD) § Sebuah CD diamati di bawah cahaya § Warna yang teramati berasal dari cahaya yang dipantukan. Warna dan intensitasnya tergantung pada arah pandang CD terhadap mata dan sumber cahaya.

Compact Disc (CD) § Permukaan CD mempunyai lintasan beralur spiral (jarak pisah antar alur sekitar 1 m). § Jadi, pemukaan CD seperti kisi refleksi. § Cahaya yang terpantul dari jalur yang berdekatan akan berinterferensi konstruktif hanya pada arah tertentu saja tergantung dengan panjang gelombang dan arah datangnya sinar § Salah satu bagian CD berfungsi seperti kisi difraksi untuk cahaya putih, mengirimkan warna yang berbeda-beda pada arah yang berbeda-beda

Tidak menyebar Menghasilkan pola

Prinsip Huygens § Christiaan Huygens (1629 -1695) – teori gelombang untuk cahaya § Newton was in favor of corpuscular (particle) nature of light: ironically both are right § Prinsip Huygens – benar untuk semua gelombang § Setiap titik pada suatu muka gelombang dapat dianggap sebagai suatu sumber baru yang kecil yang dapat menyebar searah dengan kecepatan gelombang. Muka gelombang baru adalah superposisi dari wavelet § Hal ini mengapa gelombang dapat melewati suatu celah

Difraksi § Jika cahaya adalah gelombang, Sebuah titik terang akan muncul pada pusat bayang cakram alumunium yang disinari oleh sumber cayaha titik momokromatik

Difraksi § Divergensi cahaya dari titik awal perambatan

Difraksi § Difraksi berkenaan dengan berbagai fenomena yang berhubungan dengan penjalaran gelombang, seperti pembengkokan, penyebaran dan interferensi dari gelombang yang melewati suatu benda atau celah yang menggangu gelombang § Terjadi pada berbagai tipe gelombang, termasuk gel bunyi, gel air, dan gel elektromagnetik seperti cahaya tampak, sinar-x dan gel radio § Pada saat difraksi terjadi, tidak semua efek dapat jelas diamati karena panjang gelombang harus sesuai dengan ukuran celah § Pola komplek pada intensitas gelombang yang terdifraksi adalah hasil dari interferensi antara bagian yang berbeda dari gelombang yang merambat ke pengatamat pada lintasan yang berbeda.

Difraksi Fraunhofer § Pola terdiri dari terang pusat yang sangat kuat dengan diapit oleh pola gelap

Difraksi celah sempit § Difraksi cahaya pada celah sempit dengan lebar a § Setiap bagian pada celah bertindah sebagai sumber gel cahaya § Beda lintasan sinar 1 dan 3 atau antara sinar 2 dan 4 adalah (a/2) sin § Kondisi untuk interferensi melemahkan

Distribusi Intensitas § Setiap puncak pola terang terletak setengah kali antara batas pola gelap § Perhatikan bawah terang pusat maksimum dua kali lebih lebar dari maksimal kedua

Pola Difraksi § Pola difraksi yang timbul pada layar ketika cahaya dilewatkan pada celah vertikal sempit § Pola terdiri dari pola terang pusat dan pola – pola berikutnya yan lebih semit dan rendah intersitasnya

Contoh – 1 § Panjang gelombang cahaya 580 nm dijatuhkan pada celah yang mempunyai lebar 0. 300 mm. Suatu layar terletak 2. 00 m dari celah. Carilah § Posisi pola gelap pertama § Lebar pola terang pusat § Lebar pola terang orde pertama

Solusi – 1 § Dua pola gelap yang mengapit terang pusat terjadi pada m= 1 § tan = y 1/L sangat kecil tan = sin = y 1/L § Lebar terang pusat sama dengan § Lebar terang orde pertama

Intensitas pola difraksi celah tunggal § Intensitas pola difraksi celah tunggal Fraunhofer § Imax intensitas pada = 0 (maksimum pusat)

Intensitas pola difraksi celah ganda § Tidak hanya difraksi yang terjadi pada setiap celah tetapi juga interferensi dari gelombang dari celah yang berbeda.

Intensitas pola difraksi celah ganda = m § Difraksi minimum terjadi ketika a sin = m § Kondisi untuk interferensi maximal d sin § Untuk menentukan dimana interferensi maksimum berhimpit dengan difraksi minimum pertama d = 18 m a = 3 m m=6

Resolusi celah tunggal & celah lingkaran § Kemampuan alat optik untuk membedakan dua benda yang berdekatan karena dibatasi oleh sifat dasar gelombang cahaya Cukup lebar untuk pola difraksi dapat dibedakan Pola difraksi tumpang tindih

Sumber tepisah jauh Sumber hampir berdekatan Sumber berdekatan

Resolusi celah tunggal & celah lingkaran § Kriteria Rayleigh: Ketika maksimum pusat jatuh pada minimum pertama bayangan yang lain, bayangan dikatakan dapat dipisahkan § Sudut antara dua sumber pada celah harus lebih besar dari /a jika bayangan dapat dipisahkan. § Resolusi sudut batas suatu celah lingkaran adalah

Contoh – 2 § Perkirakan resolusi sudut batas mata manusia, asumsikan resolusinya hanya ditentkan oleh difraksi. Ambilah suatu panjang gelombang 500 nm, dekat dengan pusat spektrum cahaya tampak. Meskipun diameter pupil bervariasi dari orang ke orang, ambilah suatu diameter 2 mm dan sumber titik berada 25 cm dari mata

Solusi – 2 § Solusi untuk minimal § karena min kecl § Mendekati tebal rambut manusia

Kisi Difraksi § Peralatan yang digunakan untuk menganalisis sumber cahaya § Terdiri dari banyak celah paralel yang sama Kondisi untuk interferensi maksima Setiap celah menghasilkan difraksi, dan sinar difraksi interferensi dengan yang lainya menghasilkan pola akhir

Kisi Difraksi § Distribusi intensitas

Kisi Difraksi § Kisi difraksi dapat digunakan untuk memisahkan spektrum sesuai dengan komponen panjang gelombangnya § Daya pisah § Sebuah kisi yang mempunyai daya pisah tinggi dapat membedakan perbedaan panjang gelombang yang kecil § Daya pisah difraksi pada orde mth § Daya pisah meningkat dengan meningkatnya jumlah orde dan dengan meningkatnya jumlah celah

Difraksi sinar-X pada kristal § Difraksi sinar-x telah membuktikan untuk menjadi teknik bernilai tinggi untuk menjelaskan struktur kristal dan untuk memahami struktur suatu materi

Hukum Bragg § Kondisi untuk interferensi menguatkan (maksimal pada sinar pantul) § Jika panjang gelombang dan sudut difraksi diukur, dapat digunakan untuk menghitung jarak antara bidang atom.

Fisika optik

§ Sifat Alami Cahaya Terpolarisasi § Polarisator Dikroik § Polarisasi akibat Hamburan § Polarisator Birefringent § Polarisasi akibat Refleksi § Keping Penghambat / Retardasi

§ Menjelaskan ciri utama cahaya terpolarisasi. § Menjelaskan bagaimana suatu bahan dapat melakukan proses diskroisma § Menjelaskan timbulnya bayangan rangkap akibat bahan anisotropik. § Menentukan kondisi khusus yang dapat menghasilkan gelombang pantul terpolarisasi. § Menentukan perubahan fasa gelombang akibat melewati suatu keping retardasi

Polarisasi Gel Cahaya § Suatu berkas cahaya biasanya terdiri atas sejumlah besar gelombang yang dipancarkan oleh atom – atom suatu sumber cahaya. § Setiap atom menghasilkan sebuah gelombang yang mempunyai arah vektor medan listrik tertentu E, berhubungan dengan arah vibrasi atom. § Arah polarisasi setiap invidu gelombang didefinisikan sebagai arah vibrasi medan listrik.

Polarisasi § Sifat cahaya yang penting dan berguna § Model gelombang transversal pada tali yang terpolarisasi

Polarisasi § Letakkan suatu penghalang yang terdapat celah pada lintasan suatu gelombang § Gelombang yang terpolarisasi vertikal yang dapat menembusnya Polarisasi hanya terdapat pada gelombang transversal

§ Polarisasi oleh penyerapan : § Beberapa kristal yang terbentuk secara alami, jika dipotong menjadi bentuk-bentuk yang tepat, akan menyerap dan memancarkan cahaya secara berbeda bergantung pada polarisasi cahaya tersebut. Material ini menjadi dasar filem polarisasi komersial yang disebut polaroid. Cahaya yang ditransmisikan adalah cahaya yang vektor medan listrikmya sejajar dengan sesuatu yang disebut sumbu transmisi dari kristal. Sebaliknya apabila vektor medan listriknya tegak lurus sumbu transmisi akan diserap.

Polarizer

Polaroid §

Persamaan Polarisasi § Pada gelombang transversal, arah simpangan dapat ke segala arah asal tegak lurus pada arah rambat. § Karena gel EM merupakan gabungan gelombang transversal, maka arah simpangan medan listrik E dinyatakan sebagai arah polarisasi gelombang EM. § Secara umum komponen medan listrik E dapat dinyatakan dalam bentuk sbb :

Linier Melingkar Ellips

Polarisasi Linier § Bila oy - ox =0, maka proyeksi E terhadap bidang yang tegak lurus arah perambatan akan membentuk garis lurus

Polarisasi Melingkar § Bila oy - ox = n /2, n=bil. ganjil maka proyeksi E terhadap bidang yang tegak lurus arah perambatan akan membentuk lingkaran

Persamaan Fresnel § Persamaan Fresnel menjelaskan refleksi and transmisi gelombang elektromagnetik pada suatu batas § Karena, terdapat konstanta refleksi dan transmisi untuk gelombang yang sejajar dan tegak lurus terhadap bidang datang cahaya.

Persamaan Fresnel § Untuk suatu medium dielektrik yaitu ketika Hukum Snell dapat digunakan untuk mencari hubungan sudut datang dan sudut pantul, Persamaan Fresnel dapat dituliskan dalam bentuk sudut datang dan sudut pantul.

Persamaan Fresnel § Koefisien refleksi: § Koefisien transmisi

Persamaan Fresnel § Reflectansi dan transmitansi

Polarisasi akibat refleksi § Fotografi suatu sungai Semua cahaya masuk ke lensa Menggunakan polarizer

§ Polarisasi oleh pemantulan: § Saat cahaya tdk terpolarisasi dipantulkan dari sebuah bidang batas permukaan datar diantara dua medium transparan, cahaya yang dipantulkan terpolarisasi sebagian. Tingkat polarisasi bergantung sudut datang dan indeks bias kedua medium tersebut. Saat sudut datang sedemikian rupa sehingga sinar-sinar yang dipantulkan dibiaskan saling tegak lurus, maka cahaya yang dipantulkan terpolarisasi secara keseluruhan. Hasil tersebut ditemukan melalui percobaan oleh Brewster.

Persamaan Fresnel § Sudut Brewster terjadi saat RII=0 atau Er hanya terdiri dari E

Persamaan Fresnel §

Derajat Polarisasi P § IP = intensitas cahaya yang terpolarisasi linier § Ia = intensitas cahaya alamiah § Gel terpolarisasi linier Imax = I dan Imin = 0 maka P =1 § Gel terpolarisasi lingkaran Imax = Imin = I maka P= 0 § Gel terpolarisasi elips Imax < Imin

§ Polarisasi melalui hamburan: § Hamburan(scattering)adalah suatu fenomena penyerapan dan pemancaran kembali. Peristiwa hamburan yang sederhana apabila berkas laser diberi asap akan tampak oleh pengamat. Warna langit biru disebabkan hamburan yang terjadi pada panjang gelombang yang lebih pendek dari pada panjang gelombang yang lebih panjang. § transmisi § § scattering

§ Polarisasi melalui pembiasan ganda(birefringence): § Pembiasan ganda adalah fenomena yang terjadi pada kristal-kristal kalsit atau kristal- kristal nonkubik lainnya. Pada kebanyakan material, laju cahaya adalah sama kesegala arah. Material seperti ini disebut isotropik. Disebabkan oleh struktur atomnya material birefringence adalah anistropik. Laju cahaya bergantung arah rambatnya melalui material tersebut. Saat berkas cahaya masuk pada material tersebut berkas terpisah menjadi dua berkas yang masing-masing terpolarisasi dalam arah saling tegak lurus dan berjalan dengan kecepatan yang berbeda dan arah yang berbeda.

Polarisasi Pembiasan Ganda § Cahaya tidak terpolarisasi masuk ke suatu kristal kalsit terbagi menjadi dua sinar ordinary (O) dan sinar extraordinary (E). Kedua sinar terpolarisasi stu dengan lainnya pada arah tegak lurus