LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TEKNIK OPTIK
KARAKT ERISASI SPEKT RUM SUMBER CAHAYA
Disusun oleh :
MUHAMMAD SYAFIQ NRP. 2412100057
ALBERTO RIOLLY C NRP. 2412100060
HERU SUSANTO NRP. 2412100090
WAHANI KARUNIA SAPUTRI NRP. 2412100102
RACHMATULLAH NRP. 2412100100
ASISTEN :
VINDA DWI DINI PUTRI NRP. 2412100048
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
i
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM AKUSTIK DAN GETARAN
GET ARAN T EREDAM
Disusun ol eh :
BUMA DIKA RIASTYA NRP. 2412100006
YULIA SAFITRI ABU HAMAM
WAHANI KARUNIA SAPUTRI NRP. 2411200102
M STUDI S1 TEKNIK FISIKA JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
ii
SUR
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TEKNIK OPTIK
KARAKT ERISASI SPEKT RUM SUMBER CAHAYA
Disusun ol eh :
MUHAMMAD SYAFIQ NRP. 2410100057
ALBERTO RIOLY C NRP. 2412100060
HERU SUSANTO NRP. 2412100090
WAHANI KARUNIA SAPUTRI NRP. 2412100102
RACHMATULLAH NRP. 2412100082
ASISTEN:
VINDA DINI DWI PUTRI NRP. 2412100048
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
iii ABSTRAK
Praktikum ini menggunakan lima sumber cahaya berbeda yaitu LASER, Lampu neon, LED monokromatik, LED polikromatik, dan Lampu pijar (bohlam). Berkas dari masing-masing sumber dilewatkan ke monokromator untuk diukur dayanya pada setiap panjang gelombang tertentu dengan Optical Power Meter. Panjang gelombang yang diukur tersebut adalah antara 400 nm sampai 700 nm dengan increasement 10 nm.
Dengan melakukan prosedur tersebut maka dapat kita buat grafik hubungan daya dan panjang gelombang dari masing-masing sumber cahaya. Dari grafik kita akan hitung karakteristik sumber cahaya berupa lebar spectral dengan metode Full Width Half Maximum.
iv ABSTRACT
This experiment used five different light source which is LASER, Neon light, LED monochromatic, LED polychromatic, and bulb. The light source’s beam passed monochromator and we measured the power for every wave length using Optical Power Meter. Thus wave length we used is among 400 nm and 700 nm with 10 nm increasement.
From those procedures, we have power and wave length relation chart for each light source. Then we can calculate one of characteristics of light source that is spectral width using Full Width Half Maximum method.
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan hidayah-Nya yang telah dilimpahkan kepada kami, hingga akhirnya laporan remi praktikum Teknik Optik berjudul Karakterisasi Sumber Cahaya terselesaikan dengan baik. Dalam kesempatan ini, tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium yang telah sabar mengarahkan kami dalam praktikum ini.
Kami menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran agar laporan ini dapat lebih bermanfaat
Surabaya, 10 November 2014
vi DAFTAR ISI
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT ... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan ... 2
1.4. Sistematika Laporan ... 2
BAB II ... 3
2.1. Spektrum Gelombang Elektromagnetik ... 3
2.2. Sumber Cahaya ... 5
BAB III ... 9
3.1. Peralatan Percobaan ... 9
3.2. Prosedur Percobaan ... 9
BAB IV ... 11
vii
4.2. Pembahasan ... 17
BAB V ... 21
5.1. Kesimpulan ... 21
5.2. Saran ... 21
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik ... 4
Gambar 2. 2 Lampu Pijar ... 6
Gambar 2. 3 Lampu Fluorescent ... 7
Gambar 2. 4 3 Jenis Interaksi Cahaya dengan Materi ... 7
Gambar 3. 1 Set Up Percobaan ... 9
Gambar 4. 1 Grafik hubungan panjang gelombang dan daya untuk sumber cahaya LASER ... 13
Gambar 4. 2 Grafik hubungan panjang gelombang dan daya untuk sumber cahaya Bohlam ... 13
Gambar 4. 3 Grafik hubungan panjang gelombang dan daya untuk sumber cahaya Neon ... 14
Gambar 4. 4 Grafik hubungan panjang gelombang dan daya untuk sumber cahaya LED Polikromatis ... 14
ix
DAFTAR TABEL
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Di era globalisasi ini, perkembangan teknologi semakin cepat. Perkembangan teknologi sendiri juga berkembang di teknologi optik. Sistem komunikasi dan telekomunikasi menggunakan teknologi optik sudah sangat sering kita temukan. Sistem komunikasi serat optik saat ini menjadi sistem yang efisien dalam menyampaikan sinyal-sinyal cahaya untuk keperluan berkomunikasi. Tidak hanya serat optik, banyak juga peralatan optika maupun elektronik yang memanfaatkan sifat-sifat cahaya sebagai medianya. Teleskop, mikroskop, kacamata, ataupun alat optik lainnya sudah banyak mengalami perkembangan di era globalisasi ini.
2 1.2.Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, adapun rumusan masalah dalam praktikum ini adalah bagaimana cara melakukan karakterisasi spektrum dan menentukan spectral sumber cahaya?
1.3.Tujuan
Adapun tujuan dari praktikum ini adalah mengetahui karakterisasi spektrum dan menentukan lebar spektral sumber cahaya
1.4.Sistematika Laporan
3 BAB II DASAR TEORI
2.1. Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walaupun tidak ada medium dan terdiri dari medan listrik dan medan magnetik. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa parameter yang bisa diukur, yaitu : panjang gelombang, frekuensi, amplitudo, dan kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombangnya, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan
semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi
frekuensinya.
4
Gambar 2. 1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Tabel 2.1 Pembagian pita frekuensi
5 2.2.Sumber Cahaya
Di alam semesta ini ada dua macam sumber cahaya, yaitu sumber cahaya alami dan sumber cahaya buatan. Sumber cahaya alami yang tidak pernah padam adalah matahari, sedangkan sumber cahaya buatan adalah sumber cahaya yang diciptakan oleh manusia seperti lampu. Untuk sementara ini berdasarkan prinsip kerjanya lampu listrik dibedakan menjadi dua macam yaitu lampu pijar dan lampu tabung/neon sign.
Berikut ini macam-macam sumber cahaya buatan: a. Lampu Pijar
Cahaya dari lampu pijar merupakan pemijaran dari
filament pada bohlam. Tabung gelasnya bening, tidak
6
Gambar 2. 2 Lampu Pijar
b. Fluorescent Lamp
7
Gambar 2. 3 Lampu Fluorescent
c. LASER
Laser merupakan singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, yaitu terjadinya proses penguatan cahaya oleh emisi radiasi yang terstimulasi. Ada tiga prinsip interaksi antara cahaya dengan materi, yaitu abosrpsi, emisi spontan dan emisi terstimulasi. Dalam bab ini, akan dibahas proses emisi terstimulasi dan beberapa persyaratan material agar terjadi emisi terstimulasi.
Gambar 2. 4 3 jenis interaksi sumber cahaya dengan materi
Cahaya laser dalam dibedakan berdasarkan bentuk fisik bahan aktif, panjang gelombang dan durasi berkas yang dipancarkan. Berdasarkan bentuk fisik bahan aktif, dibedakan menjadi laser zat padat, zat cair dan gas. Pada cahaya LASER bahan aktif
8
9 BAB III METODOLOGI
3.1.Peralatan Percobaan
Adapaun alat dan bahan yang dibutuhkan pada praktikum kali ini adalah sebagai berikut :
a. Sumber Cahaya
• Laser He-Ne
• Lampu pijar
• LED (warna putih)
• Lampu TL
• LED (selain warna putih)
b. Monokromator 1 buah
c. Adaptor DC
d. Optical power meter Thorlabs PM100D 1 buah
e. Laptop yang sudah terinstall program PMD100D Utility
3.2.Prosedur Percobaan
Adapun langkah- langkah percobaan pada praktikum P-5 ini adalah sebagai berikut:
a. Peralatan disusun seperti gambar 3.1
b. Optical power meter dihubungkan dengan laptop melalui kabelUSB.
10
c. Optical power meter dinyalakan dan dijalankan program PMD100D Utility. Optical power meter ditunggu sampai terhubung dengan laptop.
d. Sumber cahaya Laser He-Ne digunakan set up
eksperimen pada gambar 3.1
e. Sumber cahaya dinyalakan dengan jarak 3 cm dari monokromator.
f. Setting wavelength optical power meter diatur pada λ = 400 nm..
g. Nilai daya optik yang terbaca diamati dan dicatat di display optical power meter. Pengambilan data sebanyak 5 kali dengan interval waktu 5 detik.
h. Langkah ke-6 diulangi untuk range λ = 400 - 700 nm dengan increment 10 nm.
i. Langkah ke-5 hingga ke-8 diulangi untuk sumber cahaya lain, yaitu lampu pijar, lampu TL, LED putih dan LED biru
j. Grafik daya optik dibuat sebagai fungsi panjang gelombang untuk semua sumber cahaya.
11 BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1.Analisa Data
Dengan menjalankan prosedur sesuai dengan yang tertulis pada bab sebelumnya, maka didapatkan data hubungan antara
panjang gelombang (λ) dan daya yaitu:
Tabel 4.1 Hasil Percobaan
12
540 1.161 94.17 26.022 18.768 0.134619
550 0.747128 90.159 24.82 18.411 0.086243
560 1.038 99.911 23.371 14.237 0.064847
570 1.71 101.023 21.891 9.793 0.056369
580 1.693 106.903 20.211 8.135 0.051102
590 2.231 114.159 18.112 9.689 0.049432
600 4.726 117.49 14.084 11.428 0.046774
610 27.535 119.961 11.59 11.879 0.044536
620 1694 119.96 9.436 10.326 0.043859
630 1614 122.532 7.609 7.301 0.042023
640 1410 127.356 6.139 4.39 0.042128
650 438.641 129.813 4.819 2.374 0.042152
660 9.429 136.207 3.762 1.498 0.041176
670 1.783 138.28 2.912 1.141 0.040197
680 0.874277 141.213 2.187 1.08 0.039091
690 0.782588 140.764 1.622 1.069 0.036476
700 0.889616 139.21 1.374 1.05 0.034805
13
Data tersebut dapat pula disajikan dalam bentuk grafik sebagai berikut :
Gambar 4.1 Grafik hubungan panjang gelombang dan daya untuk sumber cahaya LASER
Gambar 4.2 Grafik hubungan panjang gelombang dan daya untuk sumber cahaya Bohlam
0 500 1000 1500 2000
400 500 600 700 800
LASER
0 50 100 150 200
400 500 600 700 800
14
Gambar 4.3 Grafik hubungan panjang gelombang dan daya untuk sumber cahaya Neon
Gambar 4.4 Grafik hubungan panjang gelombang dan daya untuk sumber cahaya LED Polikromatis
0 5 10 15 20
400 500 600 700 800
NEON
400 500 600 700 800
15
Gambar 4.5 Grafik hubungan panjang gelombang dan daya untuk sumber cahaya LED mokromatis
Berdasarkan grafik dan hasil tabel percobaan, maka didapatkan nilai lebar spectra dengan menggunakan teknik Full Width Half Maximum. Dengan teknik ini kita menarik garis lurus ke kiri dan kekanan pada nilai tengah daya tertinggi sehingga memotong kurva. Kemudian ditarik garis dari titik-titik pada kurva yang terpotong sampai ke sumbu x, kemudian dengan melakukan interpolasi didapat batas spectra-nya.
��−��
��−��
=
�−�� ��−�� Xi = batas-batas spectra 0
5 10 15 20
400 500 600 700 800
16 Dengan cara tersebut didapat : • Laser • LED polikromatis
λ = 440 nm X1 = 417.89 ≅ 418 X2 = 471.87 ≅ 472 Lebar spectra = 54 nm
• LED monokromatis
λ = 450 nm X1 = 422.67 ≅ 423 X2 = 477.94 ≅ 478 Lebar spectra = 55 nm
Sementara, panjang gelombang masing-masing sumber cahaya berdasarkan literatur adalah:
17
• Lampu Bohlam
λ =
• Lampu Neon
λ =
• LED Polikromatis
λ =
• LED Monokromatis
λ = 450 – 500 nm 4.2.Pembahasan
a. Wahani Karunia Saputri (2412100102)
Pada percobaan ini, terdapat 5 sumber cahaya yang diukur intensitas dengan diberi perlakuan panjang gelombang 400 – 700 nm. Hasil yang ditunjukkan pada analisis data, tiap sumber cahaya memiliki intensitas maksimum yang berbeda-beda pada tiap posisi panjang gelombang. Sumber cahaya laser memiliki panjang gelombang besar dan intensitas cahaya yang besar juga. Sementara pada sumber cahaya neon, grafik menunjukkan peningkatan intensitas cahaya terjadi pada titik 15, 18, 23 (µW). Grafik yang ditunjukkan pada LED monokromatis terdapat kesamaan bentuk dengan grafik LASER, perbedaan terletak pada panjang gelombang yang dihasilkan LED monokromatis. Hal ini menunjukkan bahwa sumber cahaya LASER bersifat monokromatis. Selain itu, panjang gelombang sumber cahaya LASER yang paling besar menunjukkan sifat koheren yang dimiliki, sehingga frekuensi yang dihasilkan kecil dan menyebabkan sumber cahaya LASER sangat lurus.
b. Heru Susanto (2412100090)
18
LED monokromatis dan lampu TL (neon). Pada percobaan ini dilakukan pengukuran daya menggunakan Optical Power Meter untuk setiap panjang gelombang antara 400 nm – 700 nm dengan increasement 10 nm. Dari data yang didapat dicari spectra dari sumber cahaya tersebut dengan teknik Full Width Half Maximum. Dari hasil perhitungan dapat kita lihat bahwa lebar spectra masing-masing sumber berbeda. Laser misalnya, memiliki lebar spectra 31 nm dan bohlam memiliki lebar spectra 20 nm. Sedangkan lebar spectra sumber cahaya lain jauh lebih lebar. Secara umum lebar spectra menunjukkan apakah sumber cahaya tersebut monokromatis atau polikromatis. Semakin sempit spectra maka sumber cahaya semakin monokromatis.
Namun kita tidak dapat menyimpulkan bahwa lampu bohlam lebih monokromatis dibanding LASER. Hal tersebut dapat kita lihat dari grafik, bahwa daya oleh lampu bohlam diluar panjang gelombang 400 nm – 420 nm masih cenderung besar. Sedangkan pada LASER daya yang dihasilkan diluar panjang gelombang 615 nm – 646 nm cenderung kecil. Sehingga dapat disimpulkan LASER lebih monokromatis dibanding bohlam.
c. Muhammad Syafiq (2412100057)
19
terbentuk memiliki energy yang bermacam-macam. Jika sistem tersebut dibuat sedemikian rupa untuk mengurangi ketidakteraturan tersebut maka akan didapatkan jenis cahaya yang monokromatis dalam suatu range tetentu.
Pada percobaan dengan sumber cahaya Bohlam, LED polychromatic,dan Neon terlihat ada lebih dari satu titik puncak dengan Δλ lebar sehingga dapat disimpulkan bahwa sumber-sumber cahaya diatas bersifat polikromatis yang memiliki distribusi intensitas yang merata untuk setiap panjang gelombang, tetapi untuk sumber bohlam intensitas cahaya yang paling menonjol terdapat pada λ≤420. Untuk sumber cahaya LED monokromatik dan laser, distribusi cahaya hanya menonjol pada λ tertentu dan untuk λ lainnya distribusi intensitas sangatlah kecil sehingga dapat diabaikan, dan karena Δλ kecil maka sumber cahaya ini tergolong sumber monokromatis.
d. Alberto Riolly Cayhantara (2412100060)
20
monokromatis hanya memiliki satu panjang gelombang sedangkan sumber cahaya polikromatis memiliki banyak panjang gelombang.
Pada Percobaan kali ini, terdapat beberapa kesalahan yang mungkin mempengaruhi keakuratan data. Setiap diberi kenaikan panjang gelombang pada putaran monokromator akan memyebab kan sinar keluar dari monokromator sedikit demi sedikit bergeser. Hal ini harusnya juga diikuti dengan pergeseran detector supaya posisi detector tetap pada focus cahaya keluaran dari monokromator. Namun Pada percobaan hal itu tidak dilakukan sehingga pada pengambilan data di akhir, cahaya keluaran dari monokromator tidak tepat pada detector (sebagian tidak tertangkap). Hal ini menyebabkan daya yang terbaca tidak akurat.
e. Rahmatulloh (2412100110)
21 BAB V PENUTUP
5.1.Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari praktikum ini adalah sebagai berikut :
a. Setiap sumber cahaya memiliki panjang bandwith yang berbeda-beda, energi yang berbeda dan bekerja pada spektrum yangberbeda. Cahaya dari sumber laser He-Ne menghasilkan cahaya pada panjang gelombangtinggi dengan energi yang tinggi. Lampu TL menghasilkan cahaya pada seluruh panjang gelombang. Energi lampu Bohlam lebih tinggi dari lampu TL tetapi lebih kecil dari LED monokromatis.
b. Lampu TL tidak bisa didapat besar bandwithnya, karena sinarnya yang menyebar atau tidak terfokus.
5.2.Saran
Adapun saran yang dapat diberikan pada praktikum ini adalah:
a. Peralatan percobaan yang disediakan harus lebih baik dan tidak mengandalkan tangan manusia
b. Praktikkan sebaiknya membaca modul lebih baik sebelum
22
23
DAFTAR PUSTAKA
[1]Spektrum Gelombang Elektromagnetik. (n.d.). Retrieved November 9, 2014, from scribd: http://id.scribd.
24 LAMPIRAN
1. Apa perbedaan antara spectrum dengan spectra? Jawab:
Spektrum merupakan garis sumber cahaya yang melintang dan menghasilkan rentang panjang gelombang suatu sumber cahaya, sementara spectra merupakan kisi dan bagian dari spectrum dimana menghasilkan pola warna pada suatu sumber cahaya.
2. Apa perbedaan LED putih dengan LED biru? Jawab:
