INTERFEROMETER DAN PRINSIP BABINET
Arief Rachman Pribadi, Leni Indah Sri Fitriyani, Nabila Khrisna Dewi , Pribadi Mumpuni Adhi 10208029,10208109,10208041,10208069
Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia E-mail: [email protected]
Asisten: Revni Yusmeiniar P/ 10207078 Tanggal praktikum: 13 Oktober 2010
Abstrak
Pada praktikum ini dipelajari bagaimana Interferometer digunakan untuk mengamati pola interferensi pada Laser. Jenis interferometer yang digunakan pada praktikum ini adalah Interferometer Michelson-Morley dan Intrferometer Mach Zehnder. Selain mengamati pola interferensi, dilakukan juga pengamatan difraksi oleh selembar rambut dengan menggunakan laser HE-ne dan sebuah layar untuk memahami prinsip Babinet.
Kata kunci: Interferometer, laser He-Ne, Prinsip Babinet I. Pendahuluan
• Tujuan
a) Merangkai dan memahami prinsip kerja Interferometer Michelson dan Mach zehnder
b) Menggunakan Interferometer Michelson dan Mach Zehnder untuk meneliti dan memahami gejala Interferensi cahaya
c) Memahami beberapa karakteristik laser dan Optik
d) Memahami difraksi dan prinsip Babinet untuk mengukur ketebalan rambut
• Teori Dasar
Interferensi menunjukkan efek efek fisis yang timbul karena super posisi dua atau lebih deret gelombang[1]. Super posisi dua buah gelombang atau lebih yang frekuensi dan
amplitudonya sama yang keduanya hampir sefasa akan menghasilkan sebuah gelombang yang amplitudonya hampir dua kali aplitudo masing masing gelombang. Kedua gelombang tersebut dikatakan berinterferensi konstruktif. Super posisi dua gelombang yang frekuensi dan amplitudonya sama dan berbeda fasa hamper 180 menghasilkan sebuah gelombang yang amplitudonya hampir sama dengan nol. Interferensiseperti ini disebut dengan interferensi destruktif.
Salah satu alat yang digunakan untuk mengamati gejala interferensi adalah Interferometer. Pada umumnya rangkaian Interferometer terdiri atas beberapa buah cemin datar, beam divider dan lensa sferis serta sebuah laser sebagai sumber cahaya. Jenis jenis Interferometer dapat dibedakan dari cara penyusunan komponen rangkaiannya.
• Interferometer Michelson Morley
Gambar1: Skema rangkaian Interferometer Michelson-Morley[2]
Gambar di atas merupakan diagram skematik interferometer Michelson. Oleh permukaan beam splitter (pembagi berkas) cahaya laser, sebagian dipantulkan ke kanan dan sisanya ditransmisikan ke atas. Bagian yang dipantulkan ke kanan oleh suatu cermin datar (cermin 1) akan dipantulkan kembali ke beam
splitter yang kemudian menuju ke screen
(layar). Adapun bagian yang ditransmisikan ke atas oleh cermin datar (cermin 2) juga akan dipantulkan kembali ke beam splitter, kemudian bersatu dengan cahaya dari cermin 1 menuju layar, sehingga kedua sinar akan berinterferensi yang ditunjukkan dengan adanya pola-pola cincin gelap-terang[2].
• Interferometer Mach Zender
Pada dasarnya, prinsip kerja dari interferometer Mach Zender sama saja dengan interferometer Michelson Morley, hanya saja pada interferometer Mach Zender digunakan dua buah beam divider dan dua buah cermin datar.
Gambar2: Skema rangkaian Interferometer Mach Zender[3]
• Prinsip Babinet
Prinsip babinet adalah prinsip yang mengatakan bahwa pola difraksi dari suatu kisi dapat dihasilkan juga oleh sesuatu yang seukuran dengan celah kisi. Celah kisi dapat digantikan oleh sehelai rambut sebagai konjugatnya untuk memperoleh pola difraksi yang identik.
Persaman difraksi yang berlaku pada kisi pun belaku juga pada konjugat dari kisi itu sendiri.
Dengan menyatakan panjang gelombang cahaya yang digunakan. menyatakan orde dan adalah lebar kisi atau konjugat kisi.
Untuk orde pertama persamaannya menjadi
(1)
Dengan ≈ tan = ∆
Sehingga persamaan untuk menghitung lebar kisi atau konjugat kisi menjadi
∆
II. Metode percobaan
Untuk mengamati pola interferensi, pada praktikum ini digunakan dua buah interferometer, yaitu interferometer Michelson Morley dan interferometer Mach Zender. Pengamatan dilakukan dengan merangkaikan cermin datar, beam divider,lensa sferis, layar dan sumber cahaya (Laser He-Ne) seperti gambar untuk pengamatan dengan interferometer Michelson morley dan dirangkai seperti gambar untuk pengamatan dengan interferometer Mach Zender.
Pengamatan difraksi dengan prinsip Babinet dilakukan dengan menggunakan sehelai rambut sebagai konjugat kisi. Laser ditembakkan pada helai rambut, dan hasil difraksinya diamati pada layar yang berada di belakang rambut relatif terhadap sumber cahaya. Pengamatan dilakukan beberapa kali dengan variasi jarak layarterhadap rambut. Jarak difraksi pada layar kemudian diukur dan dicatat sebagai data.
III. Data dan pengolahan
Interferometer Michelson Morley Hasil percobaan Referensi
Tabel1: Perbandingan Pola Interferensi Interferometer Michelson Morley[4]
Interferometer Mach Zender Hasil percobaan Referensi
Tabel2: Perbandingan Pola Interferensi Interferometer Mach Zehnder[5]
Prinsip Babinet
Gambar3:Pola Difraksi prinsip Babinet
Perhitungan lebar Rambut Metode1
Metode1 menggunakan persamaan2
∆ (cm) L(cm) (nm) 0.5 51.4 32525.92 65051.84 0.6 58 36702.4 61170.67 0.7 63.2 39992.96 57132.8 0.8 68.2 43156.96 53946.2 1 84.3 53345.04 53345.04 rata-rata(nm) 58129.30933
Tabel3: data dan pengolahan Pengamatan prinsip Babinet
Metode2
Metode2 menggunakan regresi linier dari data untuk menentukan nilai
∆
Grafik yang berupa plot terhadap ∆ akan memiliki kemiringan sebesar
. Dari keiringan
inilah nilai dapat dihitung.
Gambar4:Plot nilai L terhadap x
Persamaan garisnya adalah :
y = 64.37x + 18.66
Nilai kemiringannya 64.37 maka nilai adalah =64.37x632.8= 40733.34 nm
IV. Pembahasan
Gambar hasil praktikum menunjukkan pola interferensi untuk interferometer Michelson dan Mach Zehnder. Pola interferensi yang didapat dari Michelson morley berbentuk lingkaran. Hal ini sesuai dengan gambar yang didapat dari referensi, hanya saja dari hasil praktikum gambar yang teramati tidak berupa lingkaran sempurna. Pada interferometer Mach Zender, pola yang teramati adalah berupa garis.
Meskipun tidak terlihat sejelas referensi, pola garis dapat tetap terlihat dari gambar yang diambil.
Pola gelap dan terang menunjukkan interferensi konstruktif dan Interferensi destruktif. Cahaya laser yang mengenai beam divider terpecah mencadi dua berkas sinar yang koheren. Ketika kedua berkas sinar ini bertemu kembali dan difokuskan oleh lensa sferis, terjadi super posisi pada layar. Ketika bagian puncak dari masing masing gelombang bertemu, akan terjadi pola terang pada layar. Jika bagian puncak bertemu dengan bagian lembah, maka akan terbentuk pola gelap pada layar.
Pola interferensi pada interferometer Michelson morley berupa lingkaran dengan seperti riak gelombang pada air. Sedangkan pada interferometer Mach zehnder, pola yang terlihat adalah pola garis. Selain itu pada Interferometer Mach zehnder pola interferensinya lebih rapat dan lebih teratur pola interferensinya dari pola yang teramati pada Interferometer Michelson.
Meskipun pola yang teramati dari interferometer Michelson tidak sejelas dan serapat pada pola interferensi dari interferometer Mach Zehnder, tapi rangkaian interferometer Michelson lebih mudah dirangkai, sedangkan interferometer Mach Zehnder relative lebih sulit.
Fase gelombang pada beam divider jelas mempengaruhi pola interferensi, perbedaan fase inilah yang menimbulkan pola gelap terang pada layar. Jadi,pola yang terlihat pada layar tergantung pada beda faseyang terdapat pada beam divider.
Jarak beam divider dan layar tidak akan mempengaruhi beda fase yang terjadi diantara kedua berkas. Beda fase yang timbul pada gelombang ketika bertemu kembali di beam divider ditimbulkan oleh adanya perbedaan
y = 64.37x + 18.66 0 50 100 0 0.5 1 1.5
plot L terhadap x
jarak tempuh yang dilalui oleh berkas cahaya yang di transmisikan dan dipantulkan. Perbedaan jarak tempuh cahaya hanya dipengaruhi oleh letak masing masing cermin datar terhadap beam divider.
Pada layar untuk satu cermin tidak hanya terlihat satu titik karena ketika bekas cahaya mengenai beam divider cahaya akan terpecah menjadi dua, yang satu langsung mengenai layar sedangkan yang satu mengenai cermin datar terlebih dahulu sehingga untuk satu cermin tidak terlihat hanya satu titik pada layar.
Lebar rambut yang diperoleh dari perhitungan prinsip babinet tidak berbeda jauh hasilnya antara metode1 dan metode2, hanya selisih sekitar 20 mikrometer saja. Pada metode 1 akan diperoleh hasil yang lebih mendekati nilai yang sesungguhnya karena nilai yang didapat adalah rata rata dari data yang didapat langsung dari pengamatan selama perobaan. Sebagai perbandingan, menurut referensi yang didapat lebar rambut manusia adalah sekitar 90ribu nanometer.
V. Simpulan
a) Rangkaian Interferometer Michelson menggunakan satu buah beam divider sehingga lebih mudah dirangkai dari pada interferometer Mach zehnder
b) Pola interferensi yang teramati dari Interferometer Michelson berbentuk lingkaran gelap terang dan yang teramati dari Interferometer Mach Zehnder berupa garis garis sejajar.
c) Prinsip Babinet dalam Difraksi dapat digunakan untuk mengukur ketebalan yang cukup tipis seperti rambut
VI. Pustaka
[1] Halliday, D. dan Resnick, R. 1999.
Physics (terjemahan Pantur Silaban dan Erwin Sucipto). Jilid 1. Edisi 3. Penerbit Erlangga: Jakarta
[2] Falah, Masroatul. Analisis Pola
Interferensi Pada Interferometer ureMichelson untuk Menentukan Panjang Gelombang Sumber Cahaya.Semarang: FMIPA UNDIP
[3] Hariharan, P. (2007). Basics of Interferometry. Elsevier inc .London. hal 16-18 [4] http://img.search.com/thumb/9/90/Mich elson_Interferometer_Laser_Interference_Fringe
s-Red.jpg/239px-Michelson_Interferometer_Laser_Interference_F ringes-Red.jpg
(diakses tanggal 13 Oktober 2010 pukul 20:59) [5] http://img.search.com/thumb/9/90/Mich elson_Interferometer_Laser_Interference_Fringe
s-Red.jpg/239px-Michelson_Interferometer_Laser_Interference_F ringes-Red.jpg
