my name: Materi Optik Interferensi Cahaya

INTERFERENSI CAHAYA

A. Pengertian Interferensi Cahaya

Interferensi merupakan perpaduan dua gelombang atau lebih yang memiliki beda fase konstan dan amplitudo yang hampir sama yang dapat menghasilkan suatu pola gelombang baru. Interferensi cahaya adalah penjumlahan superposisi dua gelombang cahaya atau lebih yang menghasilkan suatu radiasi yang menyimpang dari jumlah masing-masing komponen radiasi gelombangnya.Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun (interferensi konstruktif) jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut. Bersifat merusak (interferensi destruktif) jika beda fasenya adalah 180°, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan.

Gambar: Interferensi bersifat merusak

Gambar: Interferensi bersifat membangun

Agar hasil interferensinya mempunyai pola yang teratur, kedua gelombang cahaya harus koheren, yaitu memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama serta selisih fase tetap. Young melakukan percobaan, dimana celah sempit akan menghasilkan sumber cahaya baru yang memiliki beda fasa sama atau konstan sehingga disebut koheren.

B. Syarat Terjadi Interferensi Cahaya

Cahaya merupakan gelombang, yaitu lebih spesifiknya gelombang elektromagnetik.Interferensi cahaya dapat terjadi apabila terdapat dua atau lebih berkas sinar yang bergabung pada satu titik. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar, maka penampakan interferensinya akan sulit untuk diamati.

Interferensi akan terjadi apabila 4 syarat di bawah ini terpenuhi, yaitu:

1. Kedua gelombang cahaya haruslah koheren, dalam arti bahwa kedua gelombang cahaya haruslah memiliki beda fasa yang selalu tetap.

2. Kedua sinar/ cahaya yang dipancarkan haruslah yang memiliki frekuensi yang sama.

3. Kedua gelombang cahaya haruslah memiliki amplitudo yang hampir sama.

4. Interferensi terjadi pada cahaya yang terpolarisasi linier atau polarisasi lain, termasuk cahaya natural/alami.

C. Konsep Koherensi

1. Pengertian Koherensi

“Koherensi adalah salah satu sifat gelombang yang menunjukkan interferensi yang sama antara fase dan penjalarannya.” Koherensi adalah mengacu pada penyambungan antara fase gelombang cahaya pada satu titik dan waktu, dan fase dari gelombang cahaya pada titik dan waktu lain. Koherensi efek terutama dibagi menjadi dua kategori dimanaantara koherensi tersebut tidak bergantung satu sama lain”: temporal dan spasial.

Seandainya ada dua sumber identik dari cahaya monokromatik menghasilkan gelombang-gelombang yang amplitudonya sama, panjang gelombangnya sama, ditambah lagi keduanya memilki fasa yang sama secara permanen dan kedua sumber tersebut bergetar bersama. Dua sumber monokromatik yang mempunyai frekuensinya sama dengan sebarang hubungan beda fasa, konstan yang tertentu (tidak harus sefasa) terhadap waktu itulah yang dikatakan koheren.

Jika syarat ini dipenuhi, maka akan diperoleh pola garis interferensi yang baik dan stabil. Jika dua buah sumber gelombang cahaya beda fasa yang akan tiba di titik P berubah-ubah terhadap waktu secara acak (pada suatu saat mungkin dipenuhi syarat saling menghapuskan, tetapi pada saat berikutnya dapat terjadi penguatan). Sifat beda fase yang berubah-ubah secara acak ini terjadi pada setiap titik-titik pada layar, sehingga hasil yang nampak adalah terang yang merata pada layar. Dalam keadaan ini kedua sumber tersebut dikatan inkoheren (tidak koheren).

2. Panjang Koherensi dan Waktu Koherensi

”Koherensi waktu adalah Sifat dari dua gelombang yang berasal dari sumber yang sama.”Gelombang berjalan, mendekati sinusoidal yang cukup untuk beberapa jumlah osilasi antara perubahan frekuensi dan fase. Panjang gelombang berjalan yang dapat diasumsikan memiliki karakter sinusoidal yang cukup dan fase yang dikenal sebagai panjang koherensi. Kita dapat mendefinisikan panjang koherensi sebagai panjang gelombang berjalan, cΔt, di mana fase mudah ditentukan. Interval waktu selama fase gelombang berjalan dapat disebut dengan waktu koherensi. Ini adalah waktuΔt, selama fase gelombang berjalan tidak menjadi acak tetapi mengalami perubahan dalam cara sistematis.

3. Jenis – jenis Koherensi

a. Koherensi temporal

Koherensi temporal yang terkait langsung dengan bandwidth terbatas sumber.Sebuah paket bandwidth bukanlah gelombang harmonik.Oleh karena itu, tidak dapat direpresentasikan secara matematis dengan fungsi sinus sederhana. Representasi matematis dari sebuah paket gelombang dilakukan dengan integral fourier. Jika cahaya dipancarkan dari sumber maka dianalisis dengan bantuan spektograf, yang terdiri dari garis-gars spektrum diskrit.Panjang koherensi dapat didefinisikan sebagai produk osilasi gelombang N terkandung dalam kereta gelombang dan panjang gelombang, λ .Demikian menunjukkan bahwa yhe lebih besar jumlah osilasi gelombang dalam paket gelombang, semakin kecil bandwidth. Dalam kasus membatasi, ketika N jauh besar, yaitu ketika paket infinetly panjang gelombang, gelombang akan monokromatik memiliki panjang gelombang didefinisikan secara tegas.

Koherensi temporal juga dikenal sebagai koherensi longitudinal.Temporal (atau longitudinal) koherensi menyiratkan gelombang terpolarisasi pada satu frekuensi yang fase ini berkorelasi dengan jarak yang relatif besar (panjang koherensi) di sepanjang balok sebuah sinar yang dihasilkan oleh sumber cahaya termal atau lainnya tidak koheren memiliki.Amplitudo sesaat dan fase yang bervariasi secara acak terhadap waktu dan posisi, dan dengan demikian panjang koherensi sangat singkat.Kita menyimpulkan koherensi temporal adalah indikasi monokromatisitas sumber merupakan sumber benar-benar koheren.Tingkat monokromatisitas dari sumber diberikan oleh ketika rasio, gelombang cahaya monokromatik idealnya kemurnian garis spektrum.

b. Koherensi Spasial

Koherensi spasial berkaitan dengan ukuran terbatas sumbernya. Koherensi spasial sama dengan hubungan fase diantara gelombang berjalan sisi demi sisi, pada waktu yang sama koherensi spasial mengacu pada kontinuitas dan keseragaman dari gelombang dalam arah tegak lurus. Kemudian gelombang tersebut dikatakan menunjukkan koherensi spasial. Semakin tinggi kontras, semakin baik koherensi spasial. Kurangnya koherensi cahaya yang berasal dari sumber-sumber biasa seperti menjalarnya kawat pijar, disebabkan oleh tidak dapatnya atom-atom memancarkan cahaya secara kooperatif.Dan pada tahun 1960 telah berhasil dibuat sumber cahaya tampak yang atom-atomnya dapat berlaku kooperatif, keluaran cahayanya sangatlah monokromatik, kuat dan sangat terkumpul.Alat ini di sebut dengan laser (light amplification through stimulated emission of radiation).

Keadaan untuk Koherensi Spasial, lebih luas sumber cahaya, laser adalah derajat koherensi. Dalam percobaan celah ganda muda itu, jika celah S1 dan S2 secara langsung diterangi oleh sumber, pinggiran interferensi tidak diamati. Tidak adanya pinggiran yang mengeluarkan cahaya dari celah tersebut tidak memiliki koherensi spasial. Jika celah sempit diperkenalkan sebelum celah ganda, sinar yang melewati celah sempit menerangi S1 dan S2. Gelombang muncul dari mereka, karena telah diturunkan melalui divisi gelombang depan, yang koheren dan tetap pola interferensi akan diamati di layar. Jika lebar celah S secara bertahap meningkatkan kontras. Ketika S celah lebih lebar, S1 dan S2 menerima gelombang dari berbagai belahan S yang tidak mempertahankan koherensi. Apabila sempit, menjamin bahwa gelombang pada celah S1 andS2 berasal dari sumber kecil dan karenanya mereka memiliki koherensi spasial.

4. Aplikasi Koherensi

a. Holografi

Pada tahun 1940-an, Dr. Dennis Gabor, seorang fisikawan Hongaria, menemukan teknik holografi. Berkat penemuannya tersebut, ia dianugerahi penghargaan Nobel pada tahun 1971. Hasil temuaannya menjadikan ia sebagai perintis, bapak, dan sekaligus pencipta holografi. Sayangnya, perkembangan bidang ini berjalan lambat hingga tahun 1960-an. Akhirnya, perkembangan holografi mulai bergerak lagi dengan adanya perkembangan dari teknologi laser.

1. Hologram

Hologram adalah produk dari teknologi holografi.Hologram terbentuk dari perpaduan dua sinar cahaya yang koheren dan dalam bentuk mikroskopik.Hologram bertindak sebagai gudang informasi optik. Informasi-informasi optik itu kemudian akan membentuk suatu gambar, pemandangan, atau adegan. Hologram merupakan jelmaan dari gudang informasi (information storage) yang mutakhir. Kelebihan hologram ialah ia mampu menyimpan informasi, yang di dalamnya memuat objek-objek 3 dimensi (3D). Tidak hanya objek-objek yang biasa terdapat di foto atau gambar pada umumnya.Hal itu disebabkan prinsip kerja hologram tidak sesederhana lensa fotografi.Hologram menggunakan prinsip-prinsip difraksi dan interferensi, yang merupakan bagian dari fenomena gelombang.

Hologram, memiliki karakteristik yang unik. Beberapa diantaranya yaitu: Cahaya, yang sampai ke mata pengamat, yang berasal dari gambar yang direkonstruksi dari sebuah hologram adalah sama dengan yang apabila berasal dari objek aslinya. Seseorang, dalam melihat gambar hologram, dapat melihat kedalaman, paralaks, dan berbagai perspektif berbeda seperti yang ada pada skema pemandangan yang sebenarnya.Hologram dari suatu objek yang tersebar dapat direkonstruksi dari bagian kecil hologram.jika sebuah hologram pecah berkeping-keping, masing-masing bagian dapat digunakan untuk mereproduksi lagi keseluruhan gambar. Walau bagaimanapun, penyusutan dari ukuran hologram, dapat menyebabkan penurunan perspektif dari gambar, resolusi, dan tingkat kecerahan dari gambar. Dari sebuah hologram dapat direkonstruksi dua jenis gambar, biasanya gambar nyata (pseudoscopic) dan gambar maya (orthoscopic) Sebuah hologram tabung dapat memberikan pandangan 360 derajat dari objek Lebih dari satu gambar independen yang dapat disimpan dalam satu pelat fotografi yang sama yang dapat dilihat dari satu per satu dalam satu kesempatan.

Seperti yang telah dikatakan sebelumnya, kapabilitas hologram melebihi kapabilitas media penyimpanan lainnya. Salah satunya ialah,hologram dapat merekam intensitas cahaya. Dengan kata lain, hologram memiliki informasi tambahan baru dibandingkan media lain. Secara otomatis dengan adanya rekaman intensitas cahaya, hologram pun mampu untuk memperlihatkan kedalaman (depth). Ketika seseorang melihat ke arah sebuah pohon, ia menggunakan matanya untuk menangkap cahaya dari objek itu. Setelah itu, informasi diolah untuk memperoleh makna mengenai objek tadi. Prinsip ini hampir sama dengan hologram. Hologram menjadi cara yang nyaman untuk menciptakan kembali gelombang cahaya yang sama, yang berasal dari objek yang sebenarnya. Kemampuan ini sangat menakjubkan. Objek terasa nyata dan hidup dan ia akan terlihat seolah-olah akan ”melompat” dari gambar (scene). Jika pada sebuah foto standar, pemandangan diambil dari satu perspektif saja, maka hologram mematahkan batasan itu.Hologram mampu untuk melihat suatu objek dari berbagai perspektif.

Aplikasi teknik holografi telah tersebar ke berbagai aspek kehidupan.Holografimemudahkan manusia dalam mengabadikan karya-karya seni dan benda-benda peninggalan sejarah, pembuatan iklan dan film, dan lain sebagainya. Selain itu, aplikasi holografi lain ialah holographic interferometry, holographic optical element (HOE), dan holographic memory.

2. Holographic interferometry

Holographic interferometry adalah aplikasi dari teknologi holografi yang memungkinkan kita untuk membuat replika atau tiruan visual suatu benda, beserta efeknya. Dengan teknik ini, objek akan mengalami dua kali pencahayaan. Sehingga visualisasi suatu benda dapat bervariasi. Pada proses pencahayaan yang pertama, objek harus dalam keadaan diam, tidak boleh bergerak. Pada proses pencahayaan yang kedua, objek tadi menjadi subjek untuk memberikan bentuk-betuk fisik sesuai dengan wujud asli objek tersebut. Kemudian sepanjang proses tadi, hologram akan melukiskan sejumlah garis, baik garis tepi maupun garis diagonal yang melewati objek. Garis-garis itu kemudian akan menjelma menjadi garis-garis kontur serupa pada sebuah peta. Peta visual inisangat bergantung pada garis tepi, sebab garis tepi lah yang memberi bentuk-bentuk fisik. Bila terjadi kesalahan pada proses yang pertama, maka hal itu akan mempengaruhi pembuatan peta visualnya.Holographic interferometry terdiri atas tiga tipe, yaitu :

- Frozen fringe

- Life Fringe

- Time averaged

Holographic interferometry sudah banyak digunakan di industri manufaktur

. Kegunaannya ialah untuk menginpeksi kerusakan atau kegagalan pada produk.Subjeknya ialah logam dan bahan nonlogam. Material ini digunakan untuk menguji kemungkinan-kemungkinan kerusakan.

3. Holographic optical element (HOE)

Holographic optical element ialah salah satu jenisdari elemen optis difraktif. HOE dapat menggantisuatu sistem optik dengan komponen optik ganda, seperti lensa, kaca, [beam splitters], dan prisma.HOE sangat bermanfaat bila terjadi ketidaksesuaian dan ketidakseimbangan komponen optik suatubenda. Kini hadir teknologi DOE (Diffractive OpticalElement) sebagai kelanjutan dari HOE. Pada DOE,gelombang cahaya yang datang tidak lagidibengkokan, melainkan dipecah menjadi puluhan, ratusan, atau bahkan ribuan gelombang.Gelombang-gelombang tadi nantinya akan meyatu kembali dan membentuk sebuah gelombanglengkap yang baru. Aplikasi HOE dan DOE antara lain sebagaiberikut : Sistem komunikasi dengan media optikCD (compact disk) cakram kompak. Aplikasi-aplikasi arsitektural (senibangunan), Finger print sensor (sensor sidik jari), dan Proses pengolahan informasi.

4. Holographic memory

Perkembangan teknologi holografi turut merambah ke sistem penyimpanan data. Hal ini dimaksudkan untuk menciptakan media penyimpanan data dengan kapasitas yang lebih besar. Media-media penyimpanan yang mengadopsi prinsip-prinsip holografis disebut dengan holographic memory. Pada dasarnya, teknologi holographic memory memanfaatkan cahaya untuk menyimpan dan membaca kembali data atau informasi. Sinar Laser (singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) yang bersifat monokromatik dan koheren dilewatkan pada sebuah alat yang disebut ‘beam splitter’. Splitter ini ‘memecah’ sinar LASER menjadi dua, yang pertama disebut sinar sinyal atau sinar tujuan, yang kedua disebut sinar acuan. Disebut sinar tujuan karena sinar ini membawa kode informasi atau obyek yang akan disimpan. Disebut sinar acuan karena merupakan sinar yang dirancang sedemikian rupa, sehingga mudah dan sederhana untuk direproduksi karena digunakan sebagai referensi. Salah satu contoh dari holographic memory ialah kepingan holografis. Para peneliti tengah berusaha mengembangkan kepingan (CD) yang memiliki muatan penyimpanan holografis, sehingga dapat menyimpan informasi dengan ukuran terabit. Hal ini dikarenakan pengepakan data menjadi lebih mapat dibandingkan teknologi optis konvensional seperti yang digunakan pada DVD dan Blu-Ray. Bayangkan satu keping cakram optis, dengan ketebalan cakram 1,5mm, mampu menyimpan data sebesar 200 GB. Holographic memory memiliki beberapa keunggulan dibandingkan media penyimpanan lain, antara lain sebagai berikut : Holographic memory dapat menyimpan data 2 dimensi, 3 dimensi, dan juga data digital. Kapasitas penyimpanan data lebih besar, dapat mencapai 27 kali lebih besar dari kapasitas DVD yang kita pakai saat ini. Proses pembacaan data lebih cepat, yakni 25 kali lebih cepat daripada DVD.

5. Laser

Laser merupakan singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation (penguatan cahaya dengan stimulasi emisi radiasi). Selanjutnya kata laser menjadi suatu kata yang baku, laser. Untuk mengetahui laser lebih lanjut, perhatikan persamaan berikut: hf = E2 – E1 Jika elektron secara spontan meluruh, berubah dari suatu keadaan menjadi keadaan lain, elektron tersebut memancarkan foton dengan energi sebesar persamaan diatas. Proses ini disbut emisi spontan.

Transisi dari suatu keadaan ke keadaan lainnya bisa dihalangi, dalam hal ini adalah fotonnya. Dengan kata lain, energi foton h dapat menghalangi transfer elektron dari keadaan 1 ke keadaan 2 menghasilkan foton lainnya dengan energi hf = E1 - E2. Ini disebut pemancaran terangsang (stimulated emmission), yaitu proses yang menghasilkan dua foton berenergi hf. Lebih jauh, kedua foton ini akan terfase. Jadi, laser yang ideal terbentuk dari suatu kumpulan foton berfrekuensi tepat sama dan semua foton tersebut terfase.

Sifat yang terjadi akibat kesamaan frekuensi adalah monokromatisme dan sifat yang terjadi akibat kesamaan fase adalah koherensi. Jadi syarat terbentuknya laser adalah sumber cahaya yang monokromatis dan koheren. Namun kenyataannya laser tidaklah monokromatik murni ataupun koheren murni. Meskipun demikian, ketika mengarakterisasikan sistem laser yang sebenarnya, secara umum diasumsikan bahwa sinar laser pada awalnya adalah terfase, dan inkoherensi laser timbul karena sifat monokromatis yang jelek dari sumber. Jadi sebenarnya koherensi dan monokromatisme secara umum digunakan untuk mengukur parameter yang sama. Kaca udara kebanyakan laser dirancang dengan tiga elemen penting, media tambahan, sumber pemompa (pumping source), dan lubang resonansi (resonant cavity).

Laser dapat mengukur Panjang koherensi tingkat monokromatisan suatu sumber cahaya. Koherensi keluaran laser bersifat spasial maupun temporal, semua foton memiliki fase yang sama. Mereka saling mendukung satu sama lain, yang secara gelombang dikatakan berinterferensi konstruktif, sehingga intensitasnya berbanding langsung.

D. Jenis-Jenis Interferensi Cahaya

1. Interferensi Celah (Percobaan Thomas Young 1801)

Jika dua gelombang mekanis berfrekuensi sama yang merambat dalam arah yang sama (hampir sama) dengan beda fase yang tetap konstan terhadap waktu, maka dapat terjadi keadaan sedemikian rupa sehingga energinya tidak didistribusikan secara merata dalam ruang, tetapi pada titik tertentu dicapai harga maksimum, dan pada titik-titik lain merupakan harga minimum.

Melalui percobaannya Young berhasil memeperoleh panjang gelombang cahaya dan ini merupakan hasil pengukuran pertama bagi besaran yang sangat penting ini.

Young melewatkan cahaya matahari melalui lubang kecil a pada layar S1. Sinar yang keluar melebar karena adanya difraksi dan jatuh pada lubang kecil b dan c pada layar S2. Di sinipun terjadi peristiwa difraksi dan gelombang yang telah melewati layar S2 menyebar dan saling tumpang tindih.

Persyaratan optika geometri, bahwa a >> λ (a adalah diameter lubang) jelas tidak terpenuhi di sini. Lubang tidak memberikan bayang-bayang geometris, tetapi bertindak sebagai sumber gelombang Huygens yang menyebar. Namun dalam hal ini kita gunakan optika gelombang.

Gambar kita memperhatikan gambar di atas dengan seksama, maka akan tampak adanya penghapusan (perusakan) gelombang, dan diantaranya juga saling memperkuat. Jika sebuah layar dipasang dalam daerah kedua gelombang ini maka diharapkan diperoleh pola terang dan gelap silih berganti pada layar tersebut.

Misalkan cahaya yang datang hanya berasal dari satu panjang gelombang, percobaan Young dapat dianalisa secara kuantitatif seperti pada gambar di bawah ini.

Pada gambar di atas dengan S sebagai sumber sinar, A adalah titik sembarang pada layar yang berjarak r₁ dari celah sempit S₂ dan r₂ dari celah sempit S₂. Tariklah garis S₂ ke B sehingga panjang garis AS₁ dan AB sama. Jika jarak celah d jauh lebih kecil daripada jarak kedua layar ( ) maka S₁B hampir tegak lurus kepada r₁ dan r₂. Hal ini berarti bahwa sudut S₂S₁B hampir sama dengan sudut . Dengan demikian hal ini mengatakan bahwa r₁ dan r₂ sejajar.

Keadaan interferensi di titik A di tentukan oleh banyaknya panjang gelombang yang termuat dalam segmen S₁B (beda lintasan/ r₂-r₁). Agar di titik A diperoleh maksimum, maka S₁B = d sinθ haruslah kelipatan bulat dari panjang gelombang.

dengan

d = jarak kedua celah (m)

m = orde (0, 1, 2, 3, dst)

λ = panjang gelombang (m)

θ = sudut

Letak maksimum di atas titik O simetris dengan letak maksimum di bawah titik O. Sedangkan maksimum di titik pusat O (sentral O) dinyatakan dengan harga m=0.

Untuk keadaan minimum di titik A, S₁B = d sinθ harus merupakan kelipatan ½ bulat dari panjang gelombang, yaitu

Sedangkan pola yang timbul pada layar akan terlihat sebagai sebuah urutan pita terang dan pita gelap (pita interferensi). Pusat polanya adalah sebuah pita terang yang bersesuaian dengan m=0 seperti yang dijelaskan di atas.

Untuk mengetahui jarak terang pusat dengan terang ke-m (p). Dalam hal ini p kita umpamakan sebagai y_m kita bisa menggunakan persamaan berikut.

Dalam eksperimen seperti ini, jarak Ym seringkali jauh lebih kecil dari jarak dari celah-celah itu kelayar tersebut. Maka teta m adalah sangat kecil, tan teta m hampir sama dengan sin teta m dan

Jika kita ketahui bahwa

, maka

Kita dapat mengukur dan d, serta posisi Ym dari pita-pita terang itu, sehingga eksperimen ini menyediakan pengukuran langsung dari panjang gelombang (λ). Jarak antara pita-pita terang yang berdekatan dalam pola itu sesuai dengan persamaan di atas, berbanding terbalik dengan jarak d di antara celah-celah itu. Semakin berdekatan celah-celah tersebut, maka akan semakin tersebarlah pola-pola interferensinya, begitu sebaliknya.

Persamaan ini hanya untuk sudut yang kecil saja. Dan persamaan ini hanya dapat digunakan jika jarak alfa dari celah-celah ke layar jauh lebih besar daripada pemisahan celah d dan jika jauh lebih besar dari jarak Ym dari pusat pola interferensi ke pita terang ke- m.

2. Interferensi Cahaya Lapisan Tipis

Kita pasti sering melihat sebuah pemandangan warna-warna pada gelembung sabun. Peristiwa ini merupakan peristiwa dimana gelombang cahaya direfleksikan dari permukaan-permukaan yang berlawanan dari film tipis seperti itu, dan interferensi konstruktif diantara kedua gelombang yang direfleksikan itu (panjang lintasan yang berbeda) terjadi di tempat berbeda untuk panjang gelombang (λ) yang berbeda pula mengakibatkan adanya perbedaan fasa di antara kedua gelombang tersebut. Warna-warni pelangimenunjukkan bahwa sinar matahari adalahgabungan dari berbagai macam warna dari spektrum kasat mata. Dilain pihak, warna pada gelombang sabun, bukan disebabkan olehpembiasan. Hal ini terjadi karena interferensi konstruktif dan destruktif dari sinar yang dipantulkan oleh suatu lapisan tipis. Adanyagejala interferensi ini bukti yang paling menyakinkan bahwa cahaya itu adalah gelombang.

Peristiwa seperti yang diperlihatkan pada gambar di atas menunjukkan cahaya yang menyinari permukaan atas dari sebuah film tipis yang mempunyai ketebalan sebagian direfleksikan di permukaan bagian atas. Cahaya yang ditransmisikan melalui permukaan atas, sebagian didirefleksikan di pemukaan bagian bawah. Kedua gelombang yang direfleksikan itu nantinya akan berkumpul di titik P yang berada di retina mata. Kedua gelombang tersebut kemudian dapat berinterferensi secara konstruktif maupun destruktif (tergantung dari fasa yang dimiliki kedua gelombang tersebut). Warna-warna yang berbeda pada pita warna menunjukkan panjang gelombang yang berbeda-beda, sehingga untuk beberapa warna dapat mengalami interferensi konstruktif dan sebagian lagi mengalami interferensi destruktif.

Kemudian kita lihat peristiwa cahaya monokromatik yang direfleksikan dari dua permukaan yang hampir paralel yang masuk dalam arah yang hampir normal. Situasinya sama seperti pada interferensi akibat refleksi cahaya yang menyinari film tipis. Bedanya situasi ini memiliki ketebalan film yang tidak homogeny. Selisih lintasan di antara kedua gelombang tersebut, persis dua kali tebal t dari lapisan udara di setiap titik. Pada titik dimana 2t adalah kelipatan bulat dari panjang gelombang, maka kita akan melihat interferensi konstruktif dan sebuah pola terang. Pada titik-titik dimana 2t adalah kelipatan setengan bilangan bulat dari panjang gelombang, kita berharap akan melihat interferensi destruktif dan sebuah pola gelap. Dan di sepanjang garis dimana pelat-pelat itu bersentuhan, secara praktis tidak ada selisih lintasan dan kita berharap akan mendapatkan sebuah pola terang. Jika hal-hal tersebut tidak kita temukan (menyimpang teori) maka itu menunjukkan bahwa salah satu dari gelombang yang direfleksikan itu telah mengalami pergeseran fasasetengah siklus selama refleksinya meskipun panjjang gelombangnya tetap sama.

Menurut Maxwell pergeseran fasa tersebut dapat di perkirakan dengan persamaannya menurut sifat elektromagnetik dari cahaya. Misal sebuah gelombang cahaya dengan amplitudo medan listrik Ei merambat dalam sebuah amaterian optik yang lain dengan indeks refraksi nb. Amplitudo Er dari gelombang yang direfleksikan dari antarmuka itu sebanding dengan amplitudo E_i dari gelombang yang masuk dan diberikan oleh:

Hasil ini memperlihatkan bahwa amplitudo yang masuk dan di refleksikan mempunyai tanda sama bila na lebih besar dari nb dan berlawanan tanda bila nb lebih besar dari na.

Gambar di atas menunjukkan bila na > nb , cahaya merambat lebih lambat dalam medium pertama dibanding dalam medium kedua. Dalam kasus ini, Er dan Ei mempunyai tanda sama, dan pergeseran fasa dari gelombang yang direfleksikan relative terhadap gelombang yang masuk adalah sama dengan nol. Hal ini analog dengan refleksi sebuah gelombang mekanik transfersal pada sebuah tali yang berat di sebuah titik di mana tali itu di sambungkan erat-erat ke sebuah tali yang lebih ringan atau sebuah cincin yang dapat bergerak secara vertical tanpa gesekan.

Gambar di atas ini menjelaskan bila na = nb , amplitudo Er dari gelombang yang direfleksikan itu adalah nol. Gelombang cahaya yang masuk tidak dapat “melihat”

antarmuka itu dan tidak ada gelombang yang direfleksikan.

Sedangkan gambar di atas menunjukkan bahwa na < nb, cahaya merambat lebih lambat dalam material kedua daripada dalam material pertama. Dalam kasus ini, Er dan Ei mempunyai tanda yang berlawanan, dan pergeseran fasa dari gelombang yang direfleksikan itu relatif terhadap gelombang yang masuk adalah π rad (180° atau setengah siklus). Ini analog dengan refleksi (dengan inversi) sebuah gelombang mekanik transversal pada sebuah tali yang ringan di sebuah titik di mana tali itu di sambungkan erat-erat ke sebuah tali yang lebih berat atau sebuah penopang tegak.

Gelombang-gelombang yang direfleksikan dari garis persentuhantidak mempunyai selisih lintasan untuk memberikan pergeseran fase tambahan dan gelombang-gelombang itu berinterferensi secara destruktif.

Pembahasan di atas dapat kita simpulkan secara matematis. Jika film tersebut mempunyai tebal , cahaya masuk dalam arah normal dan dengan panjang gelombang λ dalam film tersebut, jika tidak ada satupun dari gelombang-gelombang itu atau jika kedua gelombang yang direfleksikan dari kedua permukaan itu mempunyai pergeseran fasa refleksi sebesar setengah siklus, maka syarat untuk interferensi konstruktif adalah:

Akan tetapi, bila satu dari kedua gelombang itu mempunyai pergeseran fasa refleksi sebesar setengah siklus, persamaan ini adalah syarat untuk interferensi destruktif.

Demikian juga jika tidak satupun dari gelombang-gelombang atau jika keduanya mempunyai pergeseran fasa setengah siklus, maka syarat untuk interferensi destruktif dalam gelombbang-gelombang yang direfleksikan itu adalah:

Akan tetapi jika satu gelombang mempunyai pergeseran fasa setengah siklus, maka inilah syarat untuk interferensis konstruktif.

3. Interferensi Cincin Newton

Gambar di bawah memperlihatkan permukaan cembung sebuah lensa yang bersentuhan dengan sebuah pelat kaca yang rata. Sebuah film udara dibentuk di antara kedua permukaan itu. Bila kita memandang susunan itu dengan cahaya monokromatik, maka kita akan melihat cincin-cincin interferensi yang berbentuk lingkaran. Seperti pada gambar di sebelah kanan.

Jika kita memandang susunan itu melalui cahaya yang direfleksikan, maka pusat pola itu terlihat berwarna hitam.

Kita dapat menggunakan pita interferensi untuk membandingkan permukaan dari dua bagian optis dengan menempatkan keduanya bersentuhan dan dengan mengamati pita-pita interferensi. Gambar di sebelah kanan merupakan potret yang dibuat selama pengasahan sebuah lensa objektif teleskop. Garis-garis bentuk itu adalah pita-pita interferensi Newton, setiap pitanya menunjukkan sebuah jarak tambahan di antara bahan contoh dan induk sebesar setengah panjang gelombang (½ λ). Pada 10 garis pada noda pusat, jarak antara kedua permukaan itu adalah lima panjang gelombang (5 λ), atau kira-kira sebesar 0,003 mm. ini belum dapat dikatakan sangat baik, lensa dikatakan berkualitas tinggi jika diasah secara rutin dengan ketelitian sebesar kurang dari satu panjang gelombang. Permukaan cermin premier dari Teleskop Ruang Angkasa Hubble di asah sampai ketelitian yang lebih baik dari pada seper limapuluh panjang gelombang (1/50 λ). Tapi sayang sekali, teleskop tersebut diasah dengan spesifikasi yang tidak benar, yang menciptakan salah satu kesalahan yang paling teliti dalam sejarah teleskop optis.Dan interferensi maksimum/lingkaran terang adalah:

dengan :

n = indeks bias udara = 1

m = orde interferensi (1, 2, 3, … dst)

R = jari-jari lengkungan lensa Plan Konveks

rt / tg = jari-jari lingkaran terang/ gelap ke-m

E. Aplikasi Interferensi cahaya

Dalam kehidupan sehari-hari, kita melihat gelembung air sabun akan terlihat berwarna, warni. Begitu juga genangan minyak tanah diatas permukaan air, akan terlihat sama berwarna warni.Warna-warni pelangi menunjukkan pada kita bahwa sinar matahari adalah gabungan gabungan dari berbagai macam warna dari spektrum kasat mata. Akan tetapi warna pada gelombang sabun, lapisan minyak, warna bulu burng merah dan burung kalibri bukan disebabkan oleh pembiasan. Tetapi karna terjadi interferensi konstruktif dan distruktif dari sinar yang dipantulkan oleh suatu lapisan tipis. Adanya gejala interferensi ini bukti yang paling menyakinkan bahwa cahaya itu adalah gelombang.Warna-warni terbentuk karena adanya interferensi gelombang cahaya yang memasuki lapisan tipis sabun. Karena cahaya putih seperti sinar matahari memiliki banyak panjang gelombang maka sinar yang masuk kedalam lapisan sabun dan yang dipantulkan oleh lapisan sabun itu juga akan mengalami pembiasan dan pemantulan yang tidak sama karena masing-masing panjang gelombang memiliki indeks bias sendiri-sendiri. Lintasan yang dilalui masing-masing gelombang tidak sama. Sinar putih ini mengalami dispersi atau penguraian warna dan terbentuklah cahaya berwarna-warni.Berwarna-warni karena cahaya yang jatuh ke gelembung sabun dipantulkan dan dibiaskan secara tidak merata karena indeks bias yang berbeda di tiap titik gelembung gara-gara tidak samanya ketebalan gelembung sabun.

Apa yang terjadi dengan peristiwa itu ?

Kesan melihat gelembung air sabun berwarna-warni disebabkan terjadinya interferensi yaitu perpaduan dua gelombang cahaya yang jatuh pada selaput tipis, seperti selaput air sabun.Sinar datang (AB) jatuh pada selaput tipis dengan tebal lapaisan (d), oleh selaput akan dibiaskan sinar (BC) dan dua sinar dipantulkan yaitu sinar (BD) dan EF, kedua sinar s1 dan s2 akan berinterferensi di retina mata, sehingga kita bisa melihat gelembung sabun berwarna warni, seperti pada gambar berikut. Jika cahaya yang dijatuhkan pada selaput tipis cahaya monokhromatik, maka pada gelembung sabun tidak akan terlihat warna pelangi, melainkan warna terang dan gelap.