MENGUKUR LEBAR CELAH DENGAN METODE DIFRAKSI
LASER
Darmawan1, Diah Alfi Lailatuzuhria1, Faridhatul Khasanah1, Ihfadni Nazwa1,
Imroatul Magfiroh1,Vina Puji Lestari1,Winda Puji Lestari1
1
Laboratorium Optik dan Aplikasi Laser
Departemen Fisika
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga
2014
Abstrak
Percobaan difraksi laser dirancang untuk menunjukkan peristiwa difraksi leser pengukuran lebar celah berukuran kecil, serta mengukur lebar celah berukuran kecil memakai metode difraksi laser. Pada percobaan ini digunakan laser He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nm yang bersifat monokromatis dan memiliki intensitas yang tinggi sehingga saat dilewatkan celah maka akan mengalami difraksi. Adapun prinsip kerja yang dilakukan adalah meletakkan celah tepat didepan laser He-Ne dan mengatur posisi fotosel pada bangku optik sehingga dapat dihasilkan pola difraksi gelap terang yang tampil pada layar. Pada praktikum ini, data yang diambil adalah secara berurutan dengan cara menangkap pola difraksi secara berurutan dari celah tunggal dengan menggerakkan bangku optik pada rel sebanyak 3 kali pergeseran dan selisih etiap pergeserannya sebesar 2 mm. Berdasarkan analisis data hasil pengamatan, diperoleh lebar celah yang terjadi pada difraksi laser adalah sebesar (0,7609 ± 0,1904082) mm.
PENDAHULUAN
Salah satu piranti optis yang dapat kita gunakan sebagai sumber cahaya adalah laser. Laser adalah perangkat yang memancarkan cahaya melalui proses amplifikasi optik berdasarkan emisi terstimulasi dari radiasi elektromagnetik. Penggunaan laser sebagai sumber cahaya memiliki keunggulan karena berkas cahaya yang dihasilkan bersifat monokromatis , sangat sejajar dan berintensitas tinggi. Jenis suatu laser dapat diklasifikasikan berdasarkan keadaan materi yang dipresentasikan oleh medium laser (dapat berupa: gas, padat dan cair). Salah satu contoh laser yang diklasifikasikan sebagai laser gas adalah laser He-Ne (Beesley, 1972). Sebuah helium-neon laser, adalah jenis laser gas yang medium gain terdiri dari campuran helium dan neon dalam sebuah tabung kapiler small bore, biasanya senang dengan debit listrik DC. Yang paling terkenal dan paling banyak digunakan He-Ne laser yang beroperasi pada panjang gelombang 632,8 nm di bagian merah dari spektrum yang terlihat. Contoh laser yang tergolong laser zat cair adalah Dye laser, sedangkan laser yang tergolong zat padat adalah laser dioda GaAlAs.
Berkas cahaya laser yang sangat sejajar bila dilewatkan suatu celah yang sangat kecil (misal lubang lingkaran kecil atau celah sempit) secara tegak lurus akan mengalami peristiwa difraksi. Difraksi adalah penyebaran gelombang, contohnya cahaya, karena adanya halangan. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Peristiwa difraksi dapat diklasifikasikan menurut jauh dekatnya medan pandangan terhadap sumber cahaya atau menurut jenis sumber cahaya yang mengalami difraksi. Berdasarkan jauh dekatnya medan pandangan terhadap sumber cahaya, difraksi dibedakan atas Difraksi Fresnel dan Difraksi Franhoufer. Difraksi Fresnel yaitu difraksi yang terjadi ada jarak dekat, sedangkan Difraksi Franhoufer adalah difraksi yang terjadi pada jarak jauh.
Contoh difraksi yang diklasifikasikan menurut sumber cahaya adalah difraksi microwave, difraksi sinar-X dan difraksi laser. Di dalam laboratorium, peristiwa difraksi dimanfaatkan sebagai dasar metode suatu pengukuran. Sebagai contoh: peristiwa difraksi sinar-X dimanfaatkan untuk pengukuran parameter struktur Kristal. Contoh lain di bidang Fisika Optik, difraksi laser digunakan untuk menentukan diameter objek kawat yang berukuran sangat kecil atau dapat pula dimanfaatkan sebagai meter lebar celah berukuran kecil. Serta mengukur lebar celah berukuran kecil memakai metode difraksi laser.
Adapun alat dan bahan yang kita gunakan dalam percobaan yaitu laser He-Ne, detektor optis foto sel (BPY 47), bangku optik, multi clamp, kebel – kabel penghubung, celah serta multimeter.
pergeseran 2 mm dan mencatat tegangan keluaran yang ditunjukkan pada mikrovoltmeter setiap pergeserannya.
DASAR TEORI
Peristiwa difraksi cahaya oleh celah tunggal
yang lebarnya d secara geometris
digambarkan pada gambar 1.a dan bentuk
distribrusi intensitas difraksi pada layar sejauh
L dan celah ditunjukkan oleh gambar 1.b
Perbandingan kuat penerangan di titik P yaitu
E terhadap kuat penerangan di titik O yaitu E
0memenuhi persamaan :
kuat penerangan minimum diberikan oleh titik nol fungsi distribusi persamaan (1). Titik nol fungsi distribusi tersebut adalah memenuhi persamaan berikut :
Atau
(n = ±1, ±2, ±3,…)
Kuat peneranngan maksimum orde ke-n memenuhi hubungan sebagai berikut:
Berdasarkan persamaan (4), maka perbandingan kuat penenrangan maksimum orde ke-n yaitu En terhadap kuat penerangan maksimum pusat E0 nilainya adalah
Bila dalam pengukuran pola difraksi digunakan Fotosel maka variabel E0 dan En masing-masin dapat diganti dengan tegangan maksimum pusat (V0) dan tegangan maksimum orde ke–n yaitu Vn. Dengan demikian berlaku:
Kembali ke persamaan (2) tentang posisi titik-titik yang berintensitas minimum.Posisi titik-titik berintensitas minimum orde pertama (n=1) memenuhi
.
Karena
dan .
Maka persamaan:
dan .
Jarak antara minimum berurutan ( ) adalah sebagai berikut
atau
Karena dalam eksperimen dan L dapat
diukur,dan apabila panjang gelombang laser λ yang digunakan diketahui,maka ukuran celah d dapat ditentukan.Menurut prinsip Babinet juga akan menghasilkan difraksi mirip persamaan (9) dengan demikian persamaan (9) inilah yang digunakan untuk mengukur diameter kawat berorde panjang gelombang.
ALAT DAN BAHAN
a. Laser He-Ne
b. Detektor optis fotosel (BPY 47)
c. Bangku optik
d. Multi clamp
e. Kabel-kabel penghubung
f. Celah
g. Mikrovoltmeter
PROSEDUR EKSPERIMEN
a. Merakit fotosel,resistor 10 kΩ dan mikrovolmeter seperti gambar-2 dengan menggunakan kabel penghubung.
b. Metakkan fotosel pada pemegang (holder) yang dapat bergerak bebas pada rel penggerak detektor optis. (seperti pada gambar)
c. Metakkan celah didepan laser He-Ne dan hidupkan laser tersebut sehingga dihasilkan pola difraksi (seperti gambar)
d. Mengatur posisi fotosel pada bangku optik sedemikian hingga dapat menangkap pola difraksi yang terjadi.
e. Mengatur posisi fotosel sedemikan hingga berada diujung pola difraksi (garis gelap terang)
f. Menggeser posisi fotosel sampai ke ujung yang lain sambil mencatat tegangan keluaran fotosel yang terbaca pada mikrovoltmeter untuk setiap jarak pergeseran 2 mm,dan masukkan hasilnya dalam bentuk tabel.
g. Mengukur jarak antara detektor dengan celah
h. Mengukur lebar celah yang digunakan dalam eksperimen ini menggunakan mikroskop.
i. Menentukan lebar celah (d) yang digunakan di dalam eksperimen ini dengan menggunakan persamaan (9).
j. Membandingkan hasil yang diperoleh dari langkah (h) dan (i).
menggunakan metode difraksi laser. Pengertian atau definisi dari difraksi itu sendiri adalah peristiwa pelenturan dari gelombang cahaya ketika melewati celah yang sempit dalam arti celah yang dilewati lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya yang melewati celah tersebut. Akibat melewati celah yang sempit itu mengakibatkan gelombang cahaya tidak lagi merambat menurut garis lurus dan menyebabkan terjadinya interferansi sehingga tepi tepi bayangan menjadi kabur. Akibat dari peristiwa inilah muncul pola gelap dan pola terang yang lebih dikenal dengan fringe. Pola gelap terang ini disebabkan karena adanya distribusi intensitas cahaya yang tertangkap pada suatu layar dimana fringe atau pola gelap terang terjadi. Selain adanya distribusi intensitas , pola gelap dan pola terang yang terjadi karena adanya kuat terang pemusatan minimum dan kuat terang pemusatan maksimum sehingga terjadi terang pusat yang merupakan pola yang paling terang diantara terang yang lainnya.
Pada percobaan ini menggunakan laser merah yang memiliki panjang gelombang sebesar 632,8 nm. Laser yang digunakan ini dilewatkan celah yang sempit kurang lebih setengah dari panjang gelombang dari laser yang digunakan. Kemudian laser yang telah dilewatkan celat sempit tersebut ditepatkan pada suatu detektor yang dinamakan dengan fotosel yang telah dihubungkan dengan tegangan output atau tegangan keluaran sehingga detektor mampu menangkap pola difraksi yang terjadi. Tegangan keluaran ini sebanding dengan intensitas yang dihasilkan oleh laser berdasarkan distribusinya. Jadi tegangan keluaran tersebut mewakili distribusi intensitas dari laser akibat melewati celah kecil tersebut. Kemudian setelah itu menggeser posisi fotosel dengan pergeseran sebesar 2 mm sambil mengamati tegangan keluaran yang ditunjukkan pada mikrovoltmeter. Dari tegangan yang dihasilkan dapat dibuat grafik bentuk distribusi intensitas pola difraksi yang terjadi. Pada puncak tertinggi yang dihasilkan merupakan terang pusat dari pola difraksi yang dihasilkan. Kemudian
puncaknya semakin lama semakin turun yang menujukkan intensitas semakin berkurang karena terjadinya pergeseran yang lebih jauh dari terang pusat.
S = jarak anata pola gelap atau pola terang berurutan
Adapun grafik yang diperoleh dari eksperimen mengenai difraksi laser adalah:
1. Pengamatan I
3. Pengamatan III
4. Hasil Rata-rata
Grafik rata-rata diatas menunjukkan distribusi intensitas pola difraksi laser yang digunakan pada eksperimen.
Pada percobaan ini belum diketahui literatur atau lebar celah yang digunakan sehingga tidak dapat mencantumkan prosentase kesalahan dan faktor faktor yang menyebabkan kesalahan yang terjadi dalam eksperimen kali ini.
KESIMPULAN
Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa :
1. Lebar celah yang digunakan sebesar
(0,7609
± 0,1904082) mm.
2. Pola difraksi yang dihasilkan ditunjukkan ada pola gelap terang yang ditujukkan pada detektor dan distribusi intensitas yang dihasilkan
DAFTAR PUSTAKA
geronimo2012.vv.si/difraksi-cahaya
