my name: Materi Optik Difraksi

DIFRAKSI

A. Pengertan Difraksi

Jika muka gelombang bidang tiba pada suatu celah sempit (lebarnya lebih kecil dari panjang gelombang), maka gelombang ini akan meng-alami lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di belakang celah tersebut. Peristiwa ini dikenal dengan difraksi.

Difraksi merupakan pembelokan cahaya di se-kitar suatu penghalang /suatu celah.

Gambar 1.2 sumnber : http/ blogeducation_difraksi.jpg

B. Difraksi celah tunggal

Pola interferensi dihasilkan dari celah ganda.Kita juga dapat menghasilkan pola interferensi dengan celah tunggal yang lebar celahnya mendekati l (tidak lebih kecil atau lebih besar)

- Syarat terjadinya garis gelap ke-m adalah :

Untuk sudut θ yg kecil, berlaku:
- Syarat terjadinya garis terang ke-m adalah
Untuk sudut θ yg kecil, berlaku :

C. Difraksi Celah Ganda

Eksperimen celah ganda oleh young menempatkan teori gelombang untuk cahaya pada dasar yang kuat. Tetapi penerimaan penuh hanya di dapat dari studi mengenai difraksi lebih dari satu decade setelahnya.

Kita telah membahas difraksi secara singkat dalam hubunganya dengan gelombang air sebagaimana untuk cahaya dan kita telah melihat bahwa hai ini mengacu pada penyebaran atau pembelokan gelombang sekitar pinggirnya.Mari kita lihat lebih rinci lagi.

Sebagaimana sejarah teori gelombang untuk cahaya merupakan milik Augustin Fresnel (1788-1827), yang pada tahun 1819 mengemukakan pada Akademis Prancis sebuah teori gelombang untuk cahaya yang meramalkan dan menjelaskan efek-efek interferensi dan difraksi. Tidak begitu lama sesudahnya Simeon Poisson (1781-1840) menunjukan kesimpulan yang kontraintutif, menurut teori gelombang Fresnel, jika cahaya dari satu titik sumber jatuh pada piringan yang padat, maka cahaya yang di difraksikan sekitar pinggirnya akan bernterferensi konstuktif di pusat bayangan . amalan ini tampaknya tidak mungkin. Tetapi ketika eksperimen benar-benar dilakukan (oleh Francois Arago), bintik terang tersebut tampak tepat di tengah bayangan.Ini merupakan buku yang kuat dari teori gelombang.

Gambar. Merupakan foto bayangan dari uang logam denagn menggunakan sumber (nyaris berupa)titik (dalam hal inilaser). Bintik terang jelas tampak di tengah.Perhatikan juga bahwa ada pinggiran terang dan terang dan gelap di luar bayangan.Ini meyerupai pinggiran interfernsi celah ganda. Dan memang, pinggiran-pinggran interferensi gelombang yang didifaksikan sekitar bagian yang berbeda dari piringan., dan secara keseluruhan disebut sebagai pola difraksi. Pola difraksi berada di sekitar benda tanjam yang diiluminasi oleh sumber titik, seperti pada gambar.Kita tidak selalu menyadari keberadaanya karena kebanyakan sumber cahaya dalam kehdupan sehari-hari bukan merupakan ttik.Sehingga cahaya bagian yang berbeda pada sumber menghapus pola tersebut.

Untuk memahami bagaimana pola difraksi timbul, kita akan menganalisia kasus penting dan cahaya monokromatik meleati celah sempit sebagaimana pada gambar. Cahaya jatuh pada layar yang dianggap sangat jauh, sehingga berkas untuk bintik manapun sebenarnya parallel. Pertama kita perhitungkan berkas-berkas parallel ( atau gelombang datar ) dari cahaya jatuh pada celah dengan lebar D, dan bahwa layar untuk melihatnya terletak jauh. Sebagaimana kita ketahui dari studi mengenai gelombang air dan dari prinsip Huygens, gelombang yang melewati celah menyebar ke semua arah. Kita sekarang akan meneliti bagaimana gelombang yang melewati bagian yang berbeda dari celah cahaya monokromatik melewati celah sempit sebagaimana ditunjkan pada gambar. Cahaya jatuh pada layar yang dianggap sangat jauh, sehingga berkas untuk bintik manapun sebenarnya parallel.Pertama kita perhitngkan berkas-berkas yang lewat langsung seperti gambar. Berkas-berkas ini berfase sama, sehingga akan ada titk terang di tengah layar. Pada gambar, kita perhitungkan berkas-berkas yang bergerak dengan sudut θ sedemikian sehingga berkas dari bagian atas celah menempuh tepat satu panjang lebih jauh dari berkas yang datang dari bagaian bawah. Berkas yang lewat tepat di tengah celah akan menempuh setengah panjang gelombang lebih jauh dari berkas yang datang dari bagaian bawah.kedua berkas ini akan berlawanan fase satu sma lain dan akan berinterferensi destruktif.

Dengan cara yang sama, berkas yang sedikit di atas bekas paling bawah akan meniadakan berkas yang berhubungan denganya yang melewati paruh bawah celah akan meniadakan berkas yang berhubunagan denganya yang melewati paruh atas. Dengan demikian, semua berkas berinterferensi destruktif dalam pasangan-pasangan, sehngga tidak ada cahaya yang mencapai layar dengan sudut ini. Sudut θ di mana hal ini terjadi dapat dilihat pada diagram dan muncul ketika A-D sin θ. Maka intensitas cahaya mencapai maksimum pada θ =0 ͦ dan berkurang sampai minimum ( intensitas = nol ) pada sudut θ yang dinyatakan dengan persamaan sin θ= λ /D

Sekarang perhatikan sudut θ yang lebih besar sehingga berkas paling atas menempuh 2/3λ lebih jauh dari bekas yang paling bawah , seperti pada gambar. Pada kasus ini, berkas-berkas dari sepertiga bagian bawah celah akan salng meniadakan, dengan sepertiga bagian tengah karena berbeda fase λ/2. Akan tetapi, cahaya dari teratas ke tiga dari celah tersebut tetap akan mencapai layar, sehingga akan ada bintik terang, tetapi tidak terang seterang titik terang pada θ=0 ͦ. Untuk sudut θyang lebih besar lagi sehingga berkas dari seperempat terbawah dari celah akan saling akan saling meniadakan denagn seperempat bagian paling atas. Dengan sudut ini kembali aka nada minimum dengan intensitas nol pada pola difraksi. Penggambaran intensitas sebagai fungsi sudut ditunjukan pada θ=0 ͦ. Untuk sudut θ yang lebih besar lagi sehingga berkas atas menempuh 2λ lebih jauh dari berkas bawah. Berkas dari seperempat terbawah dari celah akan saling meniadakan dengan seperempat bagian paling atas. Dengan sudut ini kembali aka nada minimum dengan intensitas nol pada pola difraksi.Penggambaran intensitas sebagai fungsi sudut ditunjukan pada gambar.

D. Jenis-jenis Kisi

a. Kisi difraksi (diffraction grating)

Suatu kisi difraksi terdiri dari sejumlah besar celah sejajar yg serba sama. Kisi dapat dibuat dengan membuat goresan-goresan halus pada sekeping kaca.Kisi difraksi adalah alat yang terdiri atas sejumlah besar celah dan digunakan untuk menghsilkan spectrum. Kisi difraksi tidak hanya terdiri atas dua celah sempit, melainkan ribuan celah sempit. Oleh karena panjang gelombang cahaya yang berbeda menghasilkan warna yang berbeda, kisi difraksi dapat digunakan untuk menghasilkan spectrum cahaya tampak jika cahaya putih diarahkan ke kisi. Dengan cara ini, kisi difraksi menyebarkan cahaya putih menjadi warna-warna penyusunnya melalui interferensi, seperti yang dapat dilakukan prisma melalui pembiasan.

Young adalah peneliti yang cermat.Ia menggunakan satu celah untuk menguji idenya. Dengan hanya satu celah yang terpapari cahaya, selang seling pita terang dan pita gelap di pusat pola interferensi menghilang.Young telah menguji bahwa hal itu bukanlah efek dari intensitas. Hal tersebut dilakukan dengan melakukan percobaan berulang-ulang menggunakan celah ganda dengan pengurangan intensitas cahayanya. Ia tetap melihat pola asli pita. Jadi, pita terang dan pita gelap yang muncul terus menerus adalah hasil dari penggunaan celah ganda. Pola yang mirip dengan apa yang dilihat Young diilustrasikan pada gambar.

Seperti yang terlihat pada gambar terdapat pola terang dan pola gelap yang lebar walaupun cahaya melewati celah tunggal. Hal ini disebabkan difraksi.Model gelombang untuk difraksi celah tunggal dapat dilihat pada prilaku gelombang air yang melewati celah sempit .jika celahnya lebih lebar daripada panjang gelombang, muka gelombang akan melewatinya dengan sedikit pembelokan. Hal ini berkaitan dengan cahaya yang menghasilakan bayangan yang jelas dan dijelaskan dengan baik melaui model berkas cahaya. Semakin sempit celah, difraksi menjadi lebih jelas di mana muka gelombang membelok menuju daerah bayangan.

b. Kisi transmisi (Transmission grating)

Suatu kisi dengan celah yang memungkinkan cahaya dapat melewatinya.

c. Kisi Refleksi (Reflection grating)

Suatu kisi dengan celah yang memantulkan cahaya .Kisi umumnya mempunyai goresan mencapai 5000 goresan per centimeter. Sehingga jarak antara dua celah sangat kecil yaitu sekitard = 1/5000 = 20000 A.

E. Aplikasi dan Contoh Soal Mengenai Difraksi

a. Aplikasi

Holografi (holography) adalah sebuah cara untuk merekam dan untuk menghasilkan kembali bayangan benda melalui penggunaan efek-efek interferensi. Tidak seperti bayangan berdimensi dua yang direkam oleh sebuah potret biasa atau sistem televise, sebuah bayangan grafik benar-benar berdimensi tiga. Bayangan seperti itu dapat dipandang dari arah yang berbeda untuk mengungkapkan sisi-sisi yang berbeda dan dapat dipandang dari jarak yang berbeda untuk mengungkapkan perspektif yang berubah-ubah.

Prosedur dasar untuk membuat sebuah hologram diperlihatkan dalam gambar. Menyinari sebuah benda yang akan dibuatkan hologramnya dengan cahaya monokromatik, dan kita menempatkan sebuah film fotografik sehingga film itu dikenai oleh cahaya yang dihamburkan dari benda itu dan juga oleh cahaya langsung dari sumber cahaya tersebut. Dalam prakteknya, sumber cahaya itu haruslah sebuag laser.Interferensi di antara cahaya langsung dan cahaya yang dihamburkan menghasilkan pembentukan dan perekaman sebuah pola interferensi yang rumit pada film itu.

Dalam membuat sebuah hologram, kita harus mengatasi beberapa soal praktis.Pertama, cahaya yang digunakan haruslah koheren pada jarak yang besar dibandingkan dengan dimensi benda dan dibandingkan terhadap jaraknya dari film itu.Sumber cahaya biasa tidak dapat memenuhi persyaratan ini.Kedua, diperlukan stabilitas mekanik yang ekstrim. Jika suatu gerak relatif dari sumber, benda, atau film terjadi selama proses itu, walaupun hanya sebanyak seperempat panjang gelombang, maka pola interferensi pada film itu cukup kabur untuk menghindari pembentukan bayangan yang memuaskan. Akan tetapi, rintangan-rintangan ini bukannya tidak dapat diatasi, dan holografi telah menjadi penting dalam penelitian, hiburan, dan beraneka ragam aplikasi teknologi.