Difraksi Laser Pada Celah Tunggal

 Abstrak 

 Abstrak  —Te —Telah lah dilakukan dilakukan percobaan percobaan difraksidifraksi caha

cahaya ya oleoleh h celcelah ah tuntunggaggal l yang yang berbertujtujuan uan untuntuk uk  menent

menentukan panjang ukan panjang gelomgelombang bang sinar laser He-Ne.sinar laser He-Ne. Prinsip yang digunakan dalam percobaan ini yaitu Prinsip yang digunakan dalam percobaan ini yaitu cahaya dapat

cahaya dapat mengalmengalami ami proses interfeproses interferensi sertarensi serta difraksi atau pelenturan sebagaimana sifat cahaya difraksi atau pelenturan sebagaimana sifat cahaya sebagai gelombang. Peralatan yang digunakan pada sebagai gelombang. Peralatan yang digunakan pada  percobaan ini antara lain yaitu laser He-Ne,

 percobaan ini antara lain yaitu laser He-Ne, detektor detektor  op

opttiis, s, mmikikrorovovoltltmmataterer, , cecellah ah kikissi!i!, , kakabebell  penghubung,

 penghubung, multi multi clamp clamp dan dan bangku bangku optik.optik. Percob

Percobaan ini diaan ini dilakukalakukan dengan ln dengan laseraser, , lensa dlensa danan cel

celah disah disusuusun secan secara sejra sejajaajar. r. "as"aser diaer diarahrahkankan kecelah tunggal yang telah diberikan kisi!. "aser  kecelah tunggal yang telah diberikan kisi!. "aser  dia

diarahrahkan kan samsampai pai menmenghasghasilkilkan an baybayangaangan n gargarisis dengan pola gelap-terang secara sempurna sehingga dengan pola gelap-terang secara sempurna sehingga mud

mudah ah diadiamatmati i dan dan diudiukurkur. . PerPercobcobaan aan dildilakuakukankan dengan melakukan variasi terhadap pergeseran layar  dengan melakukan variasi terhadap pergeseran layar  keka

kekanan nan dan dan kekkekiri iri guna guna menmendapadapatkatkan n nilnilai ai dardarii  bentuk

 bentuk maksimum maksimum gelombang. gelombang. #esimpulan #esimpulan dalamdalam  percobaan

 percobaan ini ini adalah adalah hasil hasil pelenturan pelenturan gelombanggelombang ccaahahayya a mmeellaalluui i sseebubuaah h cceellaah h sseemmppiit t yyanangg mengakibatkan pola gelombang yang lebih terang mengakibatkan pola gelombang yang lebih terang interferensi maksimum! dan keadaan yang gelap interferensi maksimum! dan keadaan yang gelap i

intntererfefererensnsi i mimininimummum!. !. $a$alalam m perpercocobaabaan n ininii di

diketketahahui ui lelebar bar cecelalah h tutungnggal gal yayang ng didigugunaknakanan sseebbeessaar r d% d% &&,','( ( mmm m ddaan n ddiidadappaattkkaan n hhaassiill  perhitungan

 perhitungan panjang panjang gelombang gelombang laser laser He-NeHe-Ne seb

sebesaesar r ))*,))*,+ + nm nm dengdengan an proprosensentastase e keskesalaalahanhan ',&+.

',&+.  Kata Kunci

 Kata Kunci —difraksi celah tunggal, laser He-Ne —difraksi celah tunggal, laser He-Ne .. PP//NN$$00HH11""1100NN

$i akhir tahun 2+(&-an dan sekali lagi di a3al tahun $i akhir tahun 2+(&-an dan sekali lagi di a3al tahun 2+4&-an, fisika kuantum membuat dua konstribusi 2+4&-an, fisika kuantum membuat dua konstribusi yang sangat besar kepada teknologi, yakni transistor  yang sangat besar kepada teknologi, yakni transistor  dan

dan laslaserer. . "as"aser er memmemimpimpin in jaljalan an ke ke araarah h bidbidangang  baru

 baru yang yang kadang-kadang kadang-kadang dinamakan dinamakan fotonik fotonik 

 photonics) photonics) yang membahas interaksyang membahas interaksi i pada tingkatpada tingkat kuantum! antara foton dan bahan yang besar.

kuantum! antara foton dan bahan yang besar. 5o

5ototon n adadalalah ah sesebubuah ah papartrtikikel el dadasasar r yyanangg artinya sebuah partikel yang tidak bisa diuraikan artinya sebuah partikel yang tidak bisa diuraikan lagi!. 5oton dikenal juga sebagai unit terkecil dalam lagi!. 5oton dikenal juga sebagai unit terkecil dalam  bidang

 bidang elektromagnetik, elektromagnetik, yang yang menarik menarik dari dari fotonfoton ada

adalalah h ia ia memmempupunynyai ai ciciri ri gegelolombmbanang g dadan n jujugaga me

memmpupunynyai ai ciciri ri papartrtikikelel. . 00rtrtininyaya, , fofototon n bibisasa dib

dibiasiaskan kan oleoleh h lenlensa, sa, bisbisa a beriberintenterferferenrensi si dengdenganan gel

gelombaombang ng lailain, n, dan dan dia juga dia juga bisbisa a ditditekseksi i ketketikaika di

diananalaliisisis s sesebabagagai i sebusebuah ah papartrtiikekell. . $e$engnganan demikian, foton juga memiliki sifat dualisme seperti demikian, foton juga memiliki sifat dualisme seperti halnya cahaya.

halnya cahaya. 0p

0pababilila a beberkrkas as sisinanar r lalaseser r dedengngan an papanjnjanangg gelomba

gelombang ng 6 yang di6 yang dile3atle3atkan pada skan pada sebuah cebuah celahelah sem

sempit pit dengdengan an leblebar ar f f akan akan menmengalgalami ami difdifrakraksisi.. Pola difraksi ini dapat dilihat pada layar atau diukur  Pola difraksi ini dapat dilihat pada layar atau diukur  dengan sensor cahaya. 7ika antara c dengan layar  dengan sensor cahaya. 7ika antara c dengan layar   jauh

 jauh lebih lebih besar besar dari dari pada pada lebar lebar celah celah maka maka berkasberkas yang sampai di layar dapat dianggap paralel.

yang sampai di layar dapat dianggap paralel.

8ambar 2.2 $ifraksi 9elah

8ambar 2.2 $ifraksi 9elah TunggalTunggal  A.

 A. DifraksiDifraksi $ifr

$ifraksi aksi adalah penyebaran gelombang adalah penyebaran gelombang karenakarena ad

adananyya a halahalangnganan. . :em:emakakin in kekecicil l hahalalangnganan,,  penyebaran

 penyebaran gelombang gelombang semakin semakin besar. besar. PenghalangPenghalang it

itu u dadapat pat berberupa upa lalayayar r dendengagan n cecelalah h kekecicil l yanyangg me

mengingi;i;inkankan n sesebabagigian an keckecil il mumuka ka gegelolombmbangang datang untuk le3at. :elain itu juga dapat berupa datang untuk le3at. :elain itu juga dapat berupa  benda kec

 benda kecil, contohnya il, contohnya ka3at atau ka3at atau cakram. $ifraksicakram. $ifraksi cahaya dapat terjadi ketika cahaya mele3ati suatu cahaya dapat terjadi ketika cahaya mele3ati suatu

Difraksi Laser pada Celah Tunggal

Difraksi Laser pada Celah Tunggal

/lva /rinda &*222&<!, =agfira =aulidiyah

/lva /rinda &*222&<!, =agfira =aulidiyah &*222&*2!, lham Nur $imas >&*222&*2!, lham Nur $imas > &*222&*!,

&*222&*!, =inda Pujiati &*222&*(!, sniar ?=inda Pujiati &*222&*(!, sniar ?ardani &*222ardani &*222&+*!, @sas "isa&+*!, @sas "isa  &*2222&'!, = Ni;ar Aulmi &*2222&!

 &*2222&'!, = Ni;ar Aulmi &*2222&! 7urusan 5isika, 5akultas

7urusan 5isika, 5akultas :ains dan Teknologi, 1niversitas 0irlangga:ains dan Teknologi, 1niversitas 0irlangga 7l. =ulyorejo, #ampus 9, 1nair :urabaya 4&22< ndonesia 7l. =ulyorejo, #ampus 9, 1nair :urabaya 4&22< ndonesia

2 2

celah sempit lebar celah lebih kecil dari panjang gelombang!, sehingga gelombang cahaya tampak  melebar pada tepi celah. /fek yang sama terjadi ketika gelombang cahaya berjalan melalui medium dengan indeks bias bervariasi. $ifraksi terjadi pada semua gelombang, termasuk gelombang suara, gelombang air, dan gelombang elektromagnetik  seperti cahaya tampak, sinar-B dan gelombang radio. :ebagai objek fisik yang memiliki sifat seperti gelombang pada tingkat atom!, difraksi juga terjadi dengan materi dan dapat dipelajari sesuai dengan prinsip-prinsip mekanika kuantum.

8ambar 2.'

Proses terjadinya difraksi pada gelombang  Hasil dari peristi3a difraksi adalah garis-garis terang dan garis garis gelap seperti pada peristi3a interferensi. $ifraksi cahaya sulit untuk diamati karena biasanya sumber cahaya polikromatik, sehingga pola difraksi yang ditimbulkan setiap gelombang cahaya saling tumpang tindih dan sumber  cahaya terlalu lebar sehingga pola difraksi yang ditiimbulkan masing masing bagian akan saling tumpang tindih dan cahaya tidak selalu koheren yang menyebabkan polanya berubah-ubah sesuai beda fasenya.

 B. Prinsip Huygens

Prinsip Huygens menerangkan bah3a tiap-tiap titik dari sebuah muka gelombang dapat ditinjau dari sebuah muka gelobang dapat ditinjau sebagai sumber gelombang-gelombang kecil sekunder yang menyebar keluar ke segala arah dengan laju yang sama degnan laju perambatan gelombang itu. =uka

gelombang yang baru pada suatu 3aktu kemudian akan didapatkan dengan membangun sebuah  permukaan yang menyinggung gelombang kecil sekunder, atau yang dinamakan pembungkus dari gelombang itu.

.

8ambar 2.

Prinsip Huygens menjelaskan pemancaran gelombang cahaya

$ari gambar 2. dapat dilihat bagaimana prinsip Huygens menjelaskan perpindahan posisi dari 0C ke posisi 9$. :etiap titik pada muka gelombang 0C  berperan sebagai sumber gelombang titik yang sangat kecil yang memancar ke arah 9$. =uka gelombang 9$ merupakan pembungkus atau  permukaan gelombang 0C. Prinsip Huygens bisa dipakai untuk menerangkan terjadinya difraksi cahaya pada celah kecil. Pada saat mele3ati celah kecil, muka gelombang akan menimbulkan 3avelet  baru yang jumlahnya tak terhingga sehingga gelombang tidak mengalir lurus saja, tetapi menyebar.

C. Difraksi celah tunggal 

Pada difraksi celah tunggal, apabila celah lebih lebar daripada gelombang tunggal cahaya, maka akan terjadi efek seperti interferensi pada celah. Hal ini dapat dijelaskan dengan menganggap bah3a celah bertindak sebagai sumber dari banyak titik  yang terpisah secara merata. $ifraksi mengacu pada  penyimpangan deviasi! dari perambatan garis lurus yang terjadi ketika suatu gelombang bergerak  mele3ati suatu penghalang parsial. ni biasanya sesuai dengan pembengkokan atau penyebaran gelombang pada tepi-tepi lubang dan penghalang. Centuk paling sederhana dari difraksi cahaya adalah difraksi 5raunhofer atau far-field. $ifraksi ini diamati pada sebuah layar yang sangat jauh dar 

lubang atau penghalang yang mengganggu arus gelombang-gelombang datar yang datang.

8ambar 2.(

Proses difraksi pada celah tunggal :yarat terjadinya garis gelap ke m adalah D d sin E % m6FFFFFFFFF2.2! dengan m % 2, ', F

untuk sudut E yang kecil berlaku D  pd

l

=

m 6 FFFFFFFFFFF2.'!

:yarat terjadinya garis terang ke m adalah D

 d sin E %  m G

1

2  ! 6 FFFFFFFF.

2.!

dengan m% &, 2, ',F.

untuk sudut E yang kecil berlaku D  pd l

=(

m

+

1 2

)

6 FFFFFFFFFFF 2.(! 8ambar 2.<

Proses difraksi celah tunggal ditinjau secara matematis

Cerkas-berkas cahaya yang mele3ati celah tunggal, akan dibelokkan dengan sudut tertentu  !.Ѳ

9ahaya yang memasuki suatu celah terdiri dari  berkas-berkas cahaya. :etiap bagian celah berfungsi sebagai sumber gelombang sehingga cahaya dari  bagian celah dapat mengalami superposisi pada suatu titik y pada layar dengan gelombang cahaya yang lainnya.(I

 D. Interferensi gelombang 

:alah satu dari sifat cahaya adalah interferensi.

Interferensi merupakan perpaduan dua gelombang atau lebih yang memiliki beda fase konstan dan amplitudo yang hampir sama. Interferensi dapat bersifat

membangun dan merusak. Bersifat

membangun jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut. Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan. Prinsip Huygens menerangkan bahwa setiap wae front

!muka gelombang" dapat dianggap

memproduksi waelet atau gelombang#

gelombang baru dengan panjang

gelombang yang sama dengan panjang gelombang sebelumnya. $aelet bisa

diumpamakan gelombang yang

ditimbulkan oleh batu yang dijatuhkan ke dalam air. %&'

8ambar 2.4

 Pembentukan pita terang dan pita gelap pada layar

nterferensi cahaya menghasilkan suatu pola interferensi terang-gelap!. Pada inteferensi, berlaku  prinsip superposisi, yaitu J Cila dua atau lebih gelombang tumpang tindih, maka pergeseran resultan di sembarang titik dan pada sembarang saat, dapat dicari dengan menambahkan pergeseran sesaat yang akan dihasilkan di titik itu oleh gelombang-gelombang itu seandainya setiap gelombang itu hadir sendirian.

 E. aser 

#ata laser adalah singkatan dari  ight   Amplification by !timulate" Emission of #a"iation,

yang artinya perbesaran intensitas cahaya oleh  pancaran. "aser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat lurus. 9ara kerjanya mencakup optika dan elektronika. Para ilmu3an  biasa menggolongkannya dalam bidang elektronika kuantum. "aser yang memancarkan sinar tampak  disebut laser - optik. Pada tahun 2+2), 0lbert /instein mempostulatkan  pancaran imbas pada  peristi3a radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yangsedang menyerap dan memancarkan radiasi. Terdapat   proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu D serapan, pancarn spontan disebut fluorensi) dan  pancaran terangsang   atau lasing dalam  bahasa nggrisnya, artinya memancarkan laser!. Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan dan  pancaran spontan sangat dominan. :ebuah atom  pada keadaan dasar dapat dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara menumbukinya dengan elektron atau foton. :etelah  beberapa saat berada di tingkat tereksitasi ia secara acak akan segera kembali ke tingkat energi yang

lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses acak ini dikenalsebagai fluoresensi terjadi dalam selang 3aktu rerata yang disebut umur rerata, lamanya tergantung pada keadaan dan jenis atom tersebut.

. =/T@$/

Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain laser He-Ne sebagai sumber cahaya!, celah kisi sebagai media untuk mendapatkan pola yang terlihat pada layar dengan celah tunggal!, detektor optis foto sel CP> ()!, layar sebagai media pengamatan hasil difraksi!, bangku optik, multi clamp, kabel-kabel penghubung, dan mikrovoltmeter pengukur tegangan keluaran!.

8ambar '.2 "ayar dan mikrovoltmeter    "angkah pertama dalam percobaan ini yaitu dipasangkan semua alat dan bahan yang digunakan. "aser dinyalakan sampai cahaya yang dipancarkan oleh laser tersebut dapat mele3ati celah kisi sehingga akan muncul pola difraksi yang mncul  pada layar maka gelombang tidak mengalir lurus

saja, tetapi menyebar.

"aser pada percobaan ini menghasilkan cahaya koheren, yang berarti cahaya akan memasuki celah dengan fase yang sama. 0pabila cahaya lalu jatuh  pada layar yang ditempatkan dengan jarak tertentu dari celah maka akan terjadi suatu pola gelap terang  pada layar. Pola cahaya tersebut dikenal dengan nama pola difraksi celah tunggal atau pola difraksi 5raunhoffer.

Pada difrakasi celah tunggal, pola difraksi yang terbentuk ditentukan oleh panjang gelombang cahaya dan lebar dari celah penghalang. 0pabila celah lebih lebar daripada gelombang tunggal cahaya, maka akan terjadi efek seperti interferensi  pada celah. Hal ini dapat dijelaskan dengan menganggap bah3a celah bertindak sebagai sumber 

dari banyak titik yang terpisah merata. 0pabila sumber cahaya bersifat koheren, maka gelombangya sefase. 9ahaya yang tampak pada layar merupakan kontribusi dari tiap titik sumber dan jika perbedaan fase relatif dari gelombang ini bernilai 'pi. Pola gelap terang yang tampak pada layar merupakan hasil dari adanya proses interferensi gelombang cahaya.

Peristi3a interferensi adalah penggabungan atau superposisi gelombang. 8elombang ini saling tumpang tindih sehingga menimbulkan superposisi gelombang. 8elombang-gelombang yang memiliki  beda fase yang sama akan menghasilkan amplitudo yang lebih besar sehingga interferensi ini disebut sebagai interferensi konstruktif atau menguatkan. nterferensi konstruktif ini menghasilkan pola terang. :edangkan gelombang-gelombang yang memiliki beda fase yang berbeda akan saling merusak sehingga interferensi ini disebut sebagai interferensi destruktif. nterferensi destruktif ini menghasilkan pola gelap.

.0N0":: $0T0

2. Tabel hasil perhitungan celah tunggal dari sisi kiri!

'. Tabel hasil perhitungan celah tunggal dari sisi kanan!

0 (0 100 1(0 &00 &(0)00)(0 *00 *(0 0 &00 *00 +00 800 1000 1&00 1*00 1+00

Hubungan Pergeseran terhadap Tegangan Keluaran (dari sisi kiri)

Pergeseran(mm) Tegangan keluaran (mV) 0 (0 100 1(0 &00 &(0 )00 )(0 *00 *(0 0 (00 1000 1(00 &000 &(00 )000 (

Hubungan Pergeseran terhadap Tegangan Keluaran (dari sisi kanan)

Pergeseran(mm) Tegangan keluaran (mV)

). abel panjang gelombang sinar He#-e