Interferometer Michelson

Transkripsi

1 1 Interferometer Michelson I. Tujuan Percobaan : 1. Memahami interferensi pada interferometer Michelson. 2. Menentukan panjang gelombang sumber cahaya dengan pola interferensi. II. Landasan Teori Interferensi Interferensi adalah penggabungan superposisi dua gelombang atau lebih yang bertemu pada satu titik ruang. Hasil interfrensi yang berupa pola-pola cincin dapat digunakan untuk menentukan beberapa besaran fisis yang berkaitan dengan interferensi, misalnya panjang gelombang suatu sumber cahaya, indeks bias, dan ketebalan bahan. Untuk memahami fenomena interferensi harus berdasar pada prinsip optika fisis, yaitu cahaya dipandang sebagai perambatan gelombang yang tiba pada suatu titik yang bergantung pada fase dan amplitude gelombang tersebut. Untuk memperoleh pola-pola interferensi cahaya haruslah bersifat koheren, yaitu gelombang-gelombang harus bersalah dari satu sumber cahaya yang sama. Koherensi dalam optika sering dicapai dengan membagi cahaya dari sumber celah tunggal menjadi dua berkas atau lebih, yang kemudian dapat digabungkan untuk menghasilkan pola interferensi. Pada interferensi, apabila dua gelombang yang berfrekuensi dan berpanjang gelombang sama tapi berbeda fase bergabung, maka gelombang yang dihasilkan merupakan gelombang yang amplitudonya tergantung pada perbedaan fase. Perbedaan fase antara dua gelombang sering disebabkan oleh adanya perbedaan panjang lintasan yang ditempuh oleh kedua gelombang. Perbedaan lintasan satu panjang gelombang menghasilkan perbedaan fase 360 o, yang ekivalen dengan tidak ada perbedaan fase sama sekali. Perbedaan lintasan setengah panjang gelombang menghasilkan perbedaan fase 180 o. Umumnya, perbedaan lintasan yang sama dengan Δd menyumbang suatu perbedaan fase δ yang diberikan oleh : δ = Δd Δd 2Π = λ λ 360 Suatu alat yang dirancang untuk menghasilkan interferensi dan pola-polanya yang dihasilkan dari perbedaan panjang lintasan disebut interferometer optic. Interferometer dibagi menjadi 2 jenis, yaitu interferometer pembagi muka gelombang dan terferometer pembagi amplitude. Pada pembagi muka gelombang, muka gelombang pada berkas cahaya

2 2 pertama dibagi menjadi dua, shingga menghasilkan dua buah berkas sinar baru yang koheren, dan ketika jatuh di layar akan membentuk pola interferensi yang berwujud cincin gelap terang berselang-seling. Pola terang terjadi apabila gelombang-gelombng dari kedua berkas sinar sefase sewaktu tiba di layar. Sebaliknya, pola gelap terjadi apabila gelombanggelombang dari kedua berkas sinar berlawanan fase sewaktu tiba di layar. Agar pola interferensi nyata, tempat garis-garis gelap terang itu harus tetap sepanjang waktu yang berarti beda fase antara gelombang-gelombang dari kedua celah harus tidak berubah-ubah dan hal ini hanya mungkin apabila kedua gelombang tersebut koheren, yaitu identik bentuknya. Untuk interferometer pembagi amplitudo, diumpamakan sebuah gelombang cahaya jatuh pada suatu lempeng kaca yang tipis. Sebagian dari gelombang akan diteruskan dan sebagian lagi akan dipantulkan. Kedua gelombang tersebut tentu saja mempunyai amplitudo gelombang yang lebih kecil dari gelombang sebelumnya. Ini dapat dikatakan bahwa amplitudo telah terbagi. Jika kedua gelombang tersebut bisa disatukan kembali pada sebuah layar, maka akan dihasilkan pola interferensi. Pada percobaan interferometer Michelson, cahaya dari sumber S mengenai keping pemecah berkas (PB). Sebagian diteruskan ke cermin C2 dan sebagian dipantulkan ke cermin C1. Cahaya yang dipantulkan kembali oleh C2 dan C1 berinterferensi di layar. Akan terjadi pola maksimum di k jika selisih lintasan optisnya adalah 2k. 1 2, maka 2 (HC 2 -HC 1 ) = 2 k. ½ λ Selanjutnya cermin C2 digeser ke belakang sejauh d, maka pola maksimum bergeser ke k, sehingga selisih lintasan optisnya menjadi : Dari persamaan diatas diperoleh : 2d = (2 k 2k) ½ λ 2 {(HC 2 + d) - HC 1 } = 2 k. ½ λ

3 3 d = ( k k ) ½ λ d = Δk ½ λ, (.36) Dengan percobaan interferometer Michelson, kita dapat menentukan panjang gelombang cahaya sumber dengan persamaan d 2 k (.37) Dengan d adalah jarak pergeseran cermin C 2 dan k adalah perubahan nomor orde pola terang. Koherensi Koherensi adalah salah satu sifat gelombang yang dapat menunjukkan interferensi, yaitu gelombang tersebut selalu sama, baik fase maupun arah penjalarannya. Untuk menghasilkan cincin-cincin interferensi, sangat diperlukan syarat-syarat agar gelombanggelombang yang berinterferensi tersebut tetap koheren selama priode waktu tertentu. Jika salah satu gelombang berubah fasenya, cincin akan berubah menurut waktu. Laser merupakan contoh sumber cahaya tunggal dari radiasi tampak yangkoheren. Pada panjang gelombang yang lebih panjang, mudah untuk menghasilkan gelombang koheren. Cahaya keluaran laser mempunyai koherensi terhadap waktu dan ruang sangat besar dibandingkan dengan sumber-sumber cahaya yang lain. Ada dua konsep koherensi yang tidak begantung satu sama lain, yaitu koherensi rruang dan koherensi waktu. Koherensi ruang adalah sifat yang dimiliki dua gelombang yang berasal dari sumber yang sama, setelah menempuh lintasan yang berbeda akan tiba di dua titik yang sama jauhnya dari sumber dengan fase dan frekuensi yang sama. Sedangkan koherensi waktu adalah sifat yang dimiliki dua gelombang yang berasal dari sumber sama, yang setelah menempuh lintasan yang berbeda tiba di titik yang sama dengan beda fase tetap. Jika beda fase berubah beberapa kali dan secara tidak teratur selama periode pengamatan yang singkat, maka gelombang dikatakan tidak koheren. Koherensi waktu dari sebuah gelombang menyatakan kesempitan spectrum frekuensinya dan tingkat keteraturan dari barisan gelombang. Cahaya koheren sempurna ekivalen dengan sebuah barisan gelombang stu frekuensi dengan spectrum frekuensinya dapat dinyatakan hanya dengan satu garis, sehingga menunjukkan seberapa monokromais suatu sumber cahaya. Dengan kata lain, koherensi waktu mengkarakterisasi seberapa baik suatu gelombang dapat berinterferensi pada waktu yang berbeda.

4 4 Panjang koherensi merupakan jarak sejauh mana dapat berinterferensi. Panjang koherensi suatu gelombang tertentu, seperti laser atau sumber lain dapat dijelaskan dari persamaan berikut : Dimana : Lc = panjang koherensi τc = koherensi waktu c = cepat rambat cahaya Δv = lebar spectrum L c = cτ c = c Δv III. Alat dan Bahan 1. Meja interferometer 2. Sumber cahaya Laser He-Ne 3. Bangku laser 4. Beam splitter. Movable mirror (cermin yang digeser) 6. Adjustable mirror (cermin dengan posisi tetap) 7. Lensa konveks 8. Layar IV. A. Skema Percobaan B. Langkah-Langkah Percobaan Merangkai alat seperti gambar di bawah : 1. Menghidupkan laser 2. Mengatur laser agar tepat melewati lensa hingga terfokus ke beam spliiter.

5 3. Menutup C2, dan mengatur posisi C1 sehingga berkas sinar pantul dapat dilihat di layar. 4. Mengatur posisi C2 sehingga cahaya dari C2 berhimpit dengan cahaya dari C1 di layar.. Menghitung jumlah frinji sebagai titik acuan perhitungan jumlah frinji awal. 6. Memutar sekrup C2 berlawanan dengan arah jarum jam sehingga pola interferensi dapat dilihat. 7. Menghitung jumlah frinji sebanyak 20 kali. 8. Mencatat perubahan lintasan optis. 9. Mengulangi semua langkah di atas dengan variasi sumber cahaya V. Data Percobaan Menentukan panjang gelombang sumber cahaya No k k Jarak C 2 (m) , , , , , , , VI. Analisis Data No k k Jarak C 2 (m) d (m) , , , , , , , , , , , , , Menentukan panjang gelombang sumber cahaya dengan menggunakan rumus: d 2 k λ 1 = 2 1, =, m λ 2 = 2 1, = 6, m

6 6 λ 3 = 2 1,.10 6 λ 4 = 2 1,.10 6 λ = 2 1,.10 6 = 6, m = 6, m = 6, m λ 6 = 2 1, λ = = 6, m λ = 36, = 6, m 2. Menetukan nilai delta lamda dengan menggunakan rumus: Δλ = δλ 2 (n 1) dimana δλ2 = λ λ 2 NO λ δλ 2 = λ λ 2 1, , , , , , , , , , , , jumlah 4, Δλ = δλ 2 = 4, = 0, m n 1 Nilai panjang gelombang yang terukur adalah λ = λ ± λ = (6, ± 0, )m KR = Δλ λ 3, % = 6, % = 4,96% Ketelitian = 100% - KR = 100% - 4,96%= 9,03% VII. Pembahasan Dengan menggunakan interferometer Michelson ini dapat diukur panjang gelombang laser He-Ne yang digunakan dalam praktikum ini. Prinsip dari percobaan interferometer Michelson yang telah dilakukan, yaitu seberkas cahaya monokromatik yang dipisahkan di suatu titik tertentu sehingga masing-masing berkas dibuat melewati dua

7 7 panjang lintasan yang berbeda, dan kemudian disatukan kembali melalui pantulan dari dua cermin yang letaknya saling tegak lurus dengan titik pembagi berkas tersebut. Setelah berkas cahaya monokromatik tersebut disatukan maka akan didapat pola interferensi akibat penggabungan dua gelombang cahaya tersebut. Pola interferensi itu terjadi karena adanya perbedaan panjang lintasan yang ditempuh dua berkas gelombang cahaya yang telah disatukan tersebut. Jika panjang lintasan dirubah dengan diperpanjang maka yang akan terjadi adalah pola-pola frinji akan masuk ke pusat pola. Jarak lintasan yang lebih panjang akan mempengaruhi fase gelombang yang jatuh ke layar. Bila pergeseran beda panjang lintasan gelombang cahaya mencapai λ maka akan terjadi interferensi konstruktif yaitu terlihat pola terang, namun bila pergeserannya hanya sejauh l/4 yang sama artinya dengan berkas menempuh lintasan l/2 maka akan terlihat pola gelap. Dari data yang diperoleh, didapatkan bahwa penambahan dan banyaknya jumlah cincin (N) berbanding lurus dengan pergeseran Movable mirror yang dilakukan. Hal ini dapat terlihat dari semakin besarnya nilai N (banyaknya cincin), maka nilai dm (jarak pergeseran Movable mirror terhadap titik acuan) juga menunjukkan angka yang semakin besar (lihat tabel pengamatan). Untuk menentukan panjang gelombang dalam percobaan ini menggunakan persamaan : d 2 k dari percobaan diperoleh panjang gelombang laser He-Ne adalah sebesar λ = (6, ± 0, )m dengan ketelitian sebesar 9,03%. Hasil ini cukup berbeda dengan nilai teorinya yaitu 632,86 nm. Hal ini dapat disebabkan akibat: 1. Kecenderungan mikrometer yang mengalami kelenturan setelah diputar hingga batas tertentu. 2. Ketidaktelitian praktikan dalam menghitung jumlah pola frinji. 3. Ketidaktepatan saat mengkalibrasi alat interferometer michelson, terutama saat menyatukan sinar laser dari C 1 dan C 2 agar tampak berhimpit di layar. 4. Posisi sumber laser He-Ne yang bergeser tanpa sepengetahuan praktikan, karena pada saat praktikum terdapat praktikan lain didekat alat interferometer michelson. VIII. Simpulan Berdasarkan hasil percobaan diatas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

8 8 1. Bahwa interferensi merupakan perpaduan dua gelombang, dimana hasil interferensinya teratur dengan kedua gelombang tersebut harus koheren dan membentuk sebuah pola frinji. 2. Nilai panjang gelombang He-Ne berdasarkan percobaan ini adalah λ = 6, ± 0, Dengan ketelitian sebesar 9,03% dan kesalahan relatif sebesar 4,96%. IX. Daftar Pustaka Falah, M Analisis Pola Interferensi pada Interferometer Michelson Untuk Menentukan Panjang Gelombang Sumber Cahaya. Semarang : Skripsi S1 FMIPA UNDIP. Oktavia, A Penggunaan Interferometer Michelson Untuk Menentukan Panjang Gelombang Laser Dioda dan Indeks Bias Bahan Transparan. Semarang : Skripsi S1 FMIPA UNDIP. Setyaningsih, Agustina Penentuan Nilai Panjang Koherensi Laser Menggunakan Interferometer Michelson. Semarang : Skripsi S1 FMIPA UNDIP. Solihin, Abdus Eksperimen Interferometer Michelson Laporan Eksperimen Fisika II. Jember : Laboraturium Optoelektronika dan Fisika Modern Jurusan Fisika Universitas Negeri Jember. Tippler, P.A Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 1 dan 2. Jakarta : Erlangga.

9 9 LAMPIRAN Gambar 1. Interferometer Michelson tampak dari samping Gambar 2. Interferometer Michelson tampak dari atas