PEMBENTUKAN SIFAT OPTIS AKTIF MENGGUNAKAN MEDAN RADIO FREQUENCY (RF) PADA LARUTAN GARAM

Transkripsi

1 Berkala Fisika ISSN : Vl 10., N.1, April 2007, hal 9-97 PEMBENTUKAN SIFAT OPTIS AKTIF MENGGUNAKAN MEDAN RADIO FREQUENCY (RF) PADA LARUTAN GARAM Ahmad Kamil, M. Azam, K. Sfjan Firdausi. Jurusan físika FMIPA UNDIP ABSTRACT The nn-linear ptical prperty f rtary pwer f light plarizatin in water and salt slutin has been develped using the Radi-Frequency field (RF-Field). The RF-Field used in the experiment is prduced by RF generatr, and it supplies the frequency in the range between 6.04 t MHz, which then applies t the samples. The surce f light with 62.8 nm-wavelength and 52 nm-wave length are used t bserve the change f angle plarizatin f the light, after it passes thrugh the samples. Three mdes f the directin f the electric field f light are chsen 0 (E // ) (E f light is parallel t E f RF-Field, and 90 (E ) (E f light is perpendicular t E f the RF-Field) in rder t determinate the ptimal change f the angle f the plarizatin. The values f is measured as a functin f RF-Field, RF BRF, where RF is the angular frequency f RF-Field and B RF is the magnitude f magnetic field measured in the center f the cil which is assumed t be hmgeny in the circumstances f the samples. The results f the experiment shw that the degrees f change f the plarizatin directin, is largest at the E mde. It shws als that at small wavelength f light we btain the larger, which is indicated the higher frequency f light will mre induce the diples f mlecules f the samples. Keywrds: nn-linear ptics, plarizatin angle, rtary pwer INTISARI Dalam penelitian ini, sifat ptis tak linier berupa pemutaran sudut plarisasi dari air dan larutan garam terbentuk dalam medan frekuensi radi (RF). Medan RF dalam penelitian ini dihasilkan dari generatr RF serta menghasilkan frekuensi dalam interval 6,04 sampai 14,56 MHz yang kemudian dikenakan pada bahan uji. Sumber cahaya dengan panjang gelmbang 62,8 nm dan 52 nm digunakan untuk mengukur perubahan sudut plarisasi yang terjadi setelah cahaya melalui bahan uji. Untuk mengetahui perubahan, digunakan tiga mde arah getar cahaya yakni E 1 (arah rambat cahaya sejajar dengan arah getar medan RF), E 2 (arah getar medan listrik cahaya sejajar terhadap arah getar medan RF), dan E (arah getar medan listrik cahaya tegak lurus arah getar medan RF). Nilai diukur sebagai fungsi dari nilai medan RF, RF BRF, dengan RF adalah frekuensi anguler dari RF dan B RF besar medan magnet yang dihasilkan terukur dalam kil dengan asumsi bersifat hmgen di sekitar sampel. Hasil-hasil eksperimen menunjukkan bahwa derajat perubahan sudut putar tiap perubahan medan RF, paling besar pada mde E. Ditunjukkan pula bahwa pada sumber cahaya dengan panjang gelmbang kecil, dihasilkan nilai yang besar. Hal ini menunjukkan bahwa cahaya dengan frekuensi yang lebih besar akan lebih kuat menginduksi dipldipl mlekul pada bahan uji. Kata Kunci: ptika nn-linier, perubahan sudut plarisasi, ptis aktif PENDAHULUAN Serangkaian pengukuran dan studi awal tentang ptika nn-linier telah dilakukan [1-8], dan dibuktikan bahwa sifat ptis bahan, misalnya indek bias n dan perubahan arah getar medan listrik suatu cahaya β, setelah melewati material, tergantung pada medan luar yang dikenakan Dalam referensi [, 5] telah didefinisikan parameter baru, yakni sudut putar jenis elektrptis (atau magnetptis), yakni derajat perubahan 9

2 Ahmad Kamil dkk sudut putar per satuan perubahan medan listrik yang merupakan nilai khas dari suatu material. Nilai tersebut lebih besar untuk bahan plar dari pada nn-plar, dan tergantung pada knsentrasinya. Dalam penelitian ini dicba menggunakan medan RF untuk menghasilkan sifat ptis pada sampel aquades dan larutan garam dengan menekankan pada perbedaan arah relatif berkas laser terhadap medan RF, dan besar frekuensi yang dikenakan pada bahan transparan. Efek Elektr Optis Secara umum dapat didefinisikan bahwa efek elektrptis merupakan perubahan sifat ptis akibat dikenakan medan listrik luar. Gelas atau bahan transparan akan mempunyai aktivitas ptik ketika berada dalam medan magnet. Bidang plarisasi dari gelmbang cahaya yang berada dalam medan magnet akan berputar searah jarum jam atau berlawanan dari arah jarum jam. Perubahan indek bias dari bahan sebanding dengan perubahan medan magnet yang dikenakan ( n B), dan juga cahaya yang dikenakan bahan tersebut terplarisasikan sebesar ( B ). Bila medan bersilasi dengan frekuensi anguler, maka besarnya menurut [9] diberikan leh persamaan B (1) Dalam kasus penelitian ini, kenaikan besarnya B diikuti pula dengan kenaikan sehingga dituliskan paramater B. Perubahan sudut putar dapat dituliskan sebagai fungsi medan frekuensi yakni 0 (2) dengan 0 merupakan perubahan sudut plarisasi sebelum diberi medan, dan merupakan knstanta karakteristik. Pemberian dan B kepada Pembentukan Sifat Optis Aktif bahan transparan akan mengakibatkan perpindahan dan defrmasi dalam distribusi elektrn dalam in, dan psisi tempat in dapat berubah sedikit. Dalam bahan yang tidak mempunyai pusat simetri, tempat katin dikelilingi leh anin yang pada umumnya bergeser dari titik pusatnya. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya efek aktivitas ptis [10]. METODE PENELITIAN Peralatan dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Sumber cahaya laser He-Ne dengan panjang gelmbang 62,8 nm (merah) dan laser dengan panjang gelmbang 52 nm (hijau). 2. Dua plarisatr yang digunakan untuk memilih arah medan listrik cahaya yang akan dilewatkan pada bahan transparan dan untuk mengamati perubahan sudut plarisasi cahaya setelah melewati bahan transparan yang disebut analisatr.. Radi frequency () yang beungsi untuk menghasilkan frekuensi maksimum sebesar 14,56 MHz. Alat ini dihubungkan dengan kil yang panjangnya 0 cm, diameter 5 cm, dan lilitan sebanyak 14 sehingga dapat menghasilkan medan elektrmagnetik dalam kumparannya. 4. Spectrum analyser dengan merk Advantest tipe R411 dengan nmr serial buatan jepang. Memiliki karakteristik impedansi input 50, range frekuensi 10 khz sampai,5 GHz, penguatan maksimum 20 dbm, yang digunakan sebagai pembacaan nilai keluaran (utput) dari frekuensi. 5. Detektr Cahaya digunakan untuk mengukur menggunakan intensitas relatif dari cahaya laser sebelum dan sesudah mengenai bahan yang tertangkap leh detektr cahaya dengan 94

3 ON OUT PUT Berkala Fisika ISSN : Vl 10., N.1, April 2007, hal 9-97 menggunakan LDR yang berbasis Mikrkntrler. 6. Bahan yang digunakan adalah larutan gula dan larutan garam. Knsentrasi larutan yang digunakan untuk gula 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 0%, 5% untuk menguji detektr. Knsentrasi garam dipilih pada 5%. Dengan pengertian sebagai berikut larutan berknsentrasi 5% berarti terdapat 5 gram zat terlarut dalam 100 gram larutan [11]. 7. Tempat sampel terbuat dari kaca preparat dengan tebal 1 mm dan berbentuk balk dengan ukuran panjang 2 cm, lebar 1 cm dan tingginya 2,5 cm. Ralat dari pengaruh perubahan sifat ptis pada sampel dikreksi dengan melakukan pengukuran tanpa sampel. Observasi pada bahan transparan Parameter perubahan arah plarisasi diukur dengan prinsip Mallus, digunakan intensitas relatif minimum yang diterima leh ftdetektr dari berkas sinar yang ditransmisikan.pada tahap ini, perubahan arah plarisasi cahaya untuk setiap bahan transparan dengan variasi frekuensi digunakan dua mde arah getar medan cahaya laser yakni 0 (E // ) dan 90 (E ). Setelah cahaya melalui kil, cahaya tersebut dianalisa perubahan arah plarisasinya dengan analisatr. Dalam hal ini diambil nilai intensitas minimumnya, artinya sumbu transmisi plarisatr dan sumbu transmisi analisatr saling tegak lurus. Gambar (1) adalah susunan peralatan penelitian untuk arah berkas laser tegak lurus arah getar medan RF Gambar 1. Set Up alat Penelitian 1.Sumber Laser, 2. Plarisatr,. Kil, 4. Sampel, 5. Analisatr, 6. Detektr, 7. Generatr RF HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalibrasi Seperti hasil-hasil sebelumnya, diperleh perubahan sudut putar terhadap knsentrasi gula yang linier seperti terlihat pada gambar (2). Dapat diketahui bahwa larutan gula sudah bersifat ptis aktif, artinya walaupun tidak dikenai medan RF sudut plarisasi sinar laser yang melaluinya akan mengalami perubahan terhadap variasi knsentrasi. Hal terjadi karena sifat ptis dari mlekul larutan gula Grafik Perubahan Sudut Plarisasi Sinar Laser 52 nm dengan Sudut Plarisasi Knsentrasi (%) Gambar (2). Grafik perubahan sudut plarisasi cahaya terhadap knsentrasi larutan gula Dan karena bentuk mlekul gula adalah berbentuk spiral (heliks) dengan arah putar tertentu. Hal ini menyebabkan kedua kmpnen mempunyai kecepatan jalar yang berbeda. Akibatnya setelah menempuh jarak tertentu di dalam larutan gula, kmpnen plarisasi lingkaran ini akan mempunyai fasa yang berbeda, sehingga plarisasi linier yang merupakan superpsisi kedua kmpnen plarisasi lingkaran ini arah getarannya akan berubah. Perubahan Sudut Plarisasi pada Larutan Garam 5% Berdasarkan gambar () dapat diketahui bahwa sifat ptis larutan garam meningkat setelah dikenakan medan RF, artinya bahwa kenaikan perubahan sudut plarisasi cahaya meningkat dengan bertambahnya medan RF yang dikenakan pada bahan.. Hal ini disebabkan leh 95

4 Ahmad Kamil dkk Pembentukan Sifat Optis Aktif mmen dipl yang ditimbulkan leh medan RF semakin bertambah besar. Grafik Perubahan Sudut Plarisasi Sinar Laser 62,8 nm Untuk Garam 5 % RF Tegak Lurus pl 0 Pl 90 - (radmhzt ) Gambar () Grafik perubahan sudut plarisasi dengan 62, 8 nm dan arah berkas laser tegak lurus medan RF. Grafik Perubahan Sudut Plarisasi Sinar Laser 52 nm Untuk Garam 5 % RF Sejajar Pl 0 Pl 90 (radmhzt) Gambar (4) Grafik perubahan sudut plarisasi dengan 52 nm dan arah berkas laser sejajar medan RF Grafik Perubahan Sudut Plarisasi Sinar Laser 52 nm Untuk Garam 5% RF Tegak Lurus Pl 0 Pl 90 (radmhzt) Gambar (5) Grafik perubahan sudut plarisasi dengan 52 nm dan arah berkas laser tegak lurus medan RF. Grafik Perubahan Sudut Plarisasi Untuk Garam 5% Pada Sudut Plarisatr 90 dan Psisi Laser Tegak Lurus Medan RF nm 52.0 nm (radmhzt ) Gambar (6) Grafik perubahan sudut plarisasi untuk garam 5% pada sudut plarisasi 90 dan psisi laser tegak lurus medan RF. Pada gambar ()- (6) perubahan sudut plarisasinya akan lebih efektif bila digunakan sumber dengan panjang gelmbang 52 nm (hijau) dari pada 62,8 nm. Mde arah berkas laser yang tegak lurus juga memberikan perubahan sudut plarisasi yang lebih signifikan dari pada mde sejajar. Arah tegak lurus memberikan resultan dipl dan medan listrik yang lebih besar dari pada arah sejajar. Resultan tersebut yang akan termdulasi pada berkas yang diteruskan sehingga memberikan plarisasi yang besar ketika berkas ke luar dari bahan uji. Seperti ditunjukkan pada data di atas, kesalahan pengukuran masih perlu dieliminir, hal ini dapat dilakukan dengan mengatur atau memdifikasi kil lebih rapat dan lebih panjang. Kebcran atau ke takhmgenan medan akibat lilitan kil yang renggang ternyata cukup signifikan. Untuk mengetahui lebih jauh bagaimana efek medan RF ini, perlu dilakukan pengujian lanjutan dengan reflektansi, sampel yang berbeda namun frekuensi medan beresnansi dengan rtasi mlekuler bahan. KESIMPULAN Untuk garam dapat diketahui perubahan sudut plarisasi cahaya laser naik secara linier terhadap perubahan medan RF ( B ), pada kndisi yang sama nilai untuk larutan garam 5% lebih efektif pada mde tegak lurus, psisi 96

5 Berkala Fisika ISSN : Vl 10., N.1, April 2007, hal 9-97 plarisatr 90 0 dan penggunaan panjang gelmbang sumber yang semakin kecil. Tabel 1 Perbandingan nilai sudut putar jenis, larutan garam 5% Mde Psisi ( 0 / ) (nm) Plarisatr 62,8 Sejajar Tegak lurus , , Sejajar 0 0 0,0121 Tegak lurus , , ,0210 Saran Penelitian ini masih perlu dilanjutkan mengingat beberapa karakteristik yang didapat dapat digunakan sebagai uji kualitas maupun sebagai alternatif identifikasi material. Secara teknis kualitas medan dalam kumparan masih perlu diperbaiki, misal dibuat lebih rapat dan lebih panjang sehingga medan dapat diasumsikan hmgen. Uji kualitas dan identifikasi material memerlukan pembakuan setup kesperimen, yakni kalibrasi alat dan bahan standar untuk membandingkan bahan uji. DAFTAR PUSTAKA [1] Krisn Prabw, K. Sfjan Firdausi, dan Much. Azam, 2006, Berkala Fisika, Vl. 9, N. 1, hal. 1-4, Januari. [2] Fathkiyah, Heri Sugit, dan K. Sfjan Firdausi, 2006, Jurnal Sains dan Matematika, Vl. 14, N. 2, hal , April. [] Hari Wibw dkk, 2006, Berkala Fisika, Vl. 9, N. 1, hal. 1-6, Januari. [4] Linda Perwirawati, K. Sfjan Firdausi, dan Indras Marhaendrajaya, 2007, Jurnal Sains dan Matematik, Vlume 15, Nmr 2, hal , April. [5] K. Sfjan Firdausi, Endri Ernawati, dan Indras Marhaendrajaya, 2006, Jurnal Sains dan Matematik, Jurnal Sains dan Matematik, Vlume 15, Nmr 4, hal , Oktber. [6] Sulistya, B, Analisis Pengaruh Medan Magnet terhadap Indeks Bias Bahan Menggunakan Inteermeter Michelsn, Skripsi. Jurusan Fisika FMIPA Undip. [7] Wardaya, A, Y & Firdausi,K, S, Perhitungan Reflektansi Dan Transmitansi Bahan Transparan Dalam Medan Listrik Luar, Berkala Fisika, Vl. 8, N. 5, Jurusan Fisika FMIPA UNDIP. [8] Widarsn, Pengaruh Medan Magnet terhadap Sudut Plarisasi Sinar Laser Pada Bahan Transparan, Skripsi. Jurusan Fisika FMIPA UNDIP. [9] Yarif, A., Optical Electrnic Third Editin, CBS Cllege Publishing, New Yrk. [10] Vlack, V., Ilmu dan Teknlgi Bahan (ilmu lgam dan bukan lgam) (terjemahan). Edisi keempat. Erlangga. Jakarta [11] Hardjn, S, Kimia Dasar, Gadjah Mada University Press, Ygyakarta 97