5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Kisi Difraksi Kisi difraksi adalah suatu alat yang terbuat dari pelat logam atau kaca yang pada permukaannya digoreskan garis-garis sejajar dengan jumlah sangat besar. Suatu kisi dengan lebar kira-kira 2cm mempunyai goresan-goresan atau garisgaris sampai sebanyak 10.000 atau 20.000 garis. Garis-garis antara dua goresan dapat dipandang sebagai suatu celah, dan interferensi dari 20.000 celah membentuk suatu garis-garis terang (konstruktif) dan gelap (destruktif) yang sempit, dengan posisi bergantung terhadap panjang gelombang. Jika cahaya putih melewati celah maka akan terjadi pola difraksi dan akan diperoleh spektrum cahaya. Kisi difraksi dipergunakan untuk menguraikan warna sehingga dapat dipergunakan untuk mengukur panjang gelombang dan mengamati spektrum. Kisi yang digariskan pada sebuah pelat dinamakan kisi-kisi pemantul (reflection grating), karena efek interferensi terlihat di dalam cahaya yang dipantulkan (refleksi) dan bukannya di dalam cahaya yang ditransmisikan. Dasar kerja kisi difraksi pada dasarnya adalah menciptakan sumber gelombang baru yang posisinya bersifat periodik. Berkas dari sumber gelombang periodik tersebut berinterferensi di belakang kisi. Akan tetapi, bisa juga interferensi terjadi di depan kisi jika sumber gelombang periodik memantulkan gelombang, contoh, bila dibuat goresan-goresan periodik di suatu permukaan dan permukaan tersebut bersifat sebagai pemantul cahaya. Cahaya yang dipantulkan
6 memiliki beda fase yang teratur sehingga terjadi pola interferensi konstruktif dan destruktif pada cahaya pantul. Ketika seberkas sinar mengenai sebuah kisi terjadi perubahan fasa periodik dari gelombang yang dipantulkan sewaktu menembus kisi, dan perubahan amplitudo pada kondisi ini dapat diabaikan. Secara visual prinsip kerja kisi difraksi sebagai pemantul (refleksi) dapat dilihat pada permukaan VCD/ DVD. Gambar 2.1. memperlihatkan sebuah kisi difraksi pada DVD yang digunakan untuk melihat spektrum cahaya. Suatu sinar jatuh dipermukaan kisi difraksi pada DVD dengan jarak celah adalah d, untuk sebuah kisi sebesar 740 nm atau 7400 Å, cahaya yang jatuh pada kisi merupakan cahaya tampak dengan panjang gelombang antara 4000-7400 Å. Sehingga kisi difraksi yang terjadi merupakan kisi difraksi celah tunggal karena hanya satu sinar yang dapat melewati kisi difraksi pada DVD tersebut. S S S 740nm d 740 nm Gambar 2.1. Kisi difraksi pada DVD. Sinar yang melewati celah DVD tersebut kemudian direfleksikan atau dipantulkan jatuh pada layar jauh tak berhingga dan memiliki beda fase yang teratur, sehingga terjadi pola interferensi konstruktif dan destruktif pada sinar pantul tersebut, seperti pola yang ditunjukan pada Gambar 2.2. :
7 + + a) b) Gambar 2.2. Pola konstruktif dan destruktif 1. a. Saling menguatkan b. Saling melemahkan 2.2. Difraksi Celah Tunggal Difraksi celah tunggal dapat dianggap sebagai interferensi celah banyak dengan jumlah celah menuju tak berhingga. Dengan jumlah celah menuju tak berhingga di titik P maka jarak antar celah menuju nol sehingga praktis tidak ada pembatas antar sumber berdekatan. Jika suatu sinar jatuh pada celah yang cukup lebar, satu celah dipandang sebagai sumber sejumlah titik. Sinar datang tersebut dipantulkan oleh kisi difraksi jauh tak berhingga di titik P sehingga pada layar terbentuk interferensi pola terang (konstruktif) dan pola gelap (destruktif), seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3.1., berikut : P d Ѳ celah Sinar yang melewati celah Gambar 2.3.1. Skema difraksi celah tunggal. L layar
8 Intensitas tertinggi terjadi pada konstruktif utama di pusat titik P, konstruktif lainnya memiliki intensitas yang lebih rendah dan makin lemah jika posisinya makin jauh dari pusat,sehingga untuk intensitas dan sudut difraksi celah tunggal di titik P memenuhi : I = A R (δ) 2, (2.1) sin θ = n λ d. (2.2) Bilangan bulat n disebut orde maksimum. Jadi maksimum orde nol ( n = 0) terjadi pada sin θ = 0, yaitu ditengah-tengah layar. Maksimum orde pertama (n = 1) terletak pada, sin θ = λ d. (2.3) Penurunan persamaan (2.1) sampai (2.3) dijelaskan pada pembahasan interferensi celah banyak. 2.3.Interferensi Celah Banyak Garis terang gelap yang terbentuk makin sempit jika dua celah diganti dengan kisi yang mengandung sejumlah celah. Makin banyak jumlah celah maka makin sempit garis gelap terang yang terbentuk. Kisi adalah goresan celah sempit sejajar yang jumlahnya banyak. Dengan menggunakan kisi maka cahaya.yang memiliki beda panjang gelombang sedikit saja dapat dipisahkan, itu sebabnya kisi
9 sering digunakan sebagai monokromator, yaitu alat yang digunakan untuk memisahkan warna tertentu dari cahaya putih. Untuk memahami interferensi denagn celah banyak, dimulai dengan membahas interferensi dari tiga buah celah. Sinar-sinar melewati tiga celah sempit menuju layar jauh tak hingga di titik P, seperti diperlihatkan Gambar 2.3 berikut : P d Ѳ Ѳ d r d Gambar 2.3. Skema interferensi dari kisi layar Pada Gambar 2.3. tiga buah gelombang menuju layar jauh tak berhingga dan jatuh di titik P, dengan persamaan gelombang sebagai berikut : ψ 1 = A cos ( kr 1 - t), (2.4) ψ 2 = A cos ( kr 2 - t), (2.5) ψ 3 = A cos ( kr 2 - t). (2.6)
10 Pada titik P gelombang berpadu memberikan gelombang : ψ = ψ 1+ ψ 2+ ψ 3. (2.7) Jika titik P terletak cukup jauh dari celah, jarak ke layar ( L >> d ), maka ketiga sinar dapat dianggap sejajar sehingga : r 2 = r 3 + r, (2.8) r 1 = r 3 + 2 r, dimana r d sin θ. (2.9) Jika sudut fase gelombang ψ 1 adalah, 1 = kr 1 - t = 3 + 2 k r 3 + 2δ, (2.10) dengan, δ = k r. (2.11) Sudut fase ψ 2 adalah, 2 = kr 2 - t = 3 + k r = 3 + δ, (2.12) dan untuk sudut fase ψ 3 adalah, 3 = kr 3 - t. (2.13)
11 Gelombang resultan dituliskan, ψ = A cos ( 3 + 2δ) + A cos ( 3 + δ) + A cos ( 3 ). (2.14) Gelombang resultan ψ juga dapat dituliskan sebagai : ψ = A R ( δ) + cos ( 3 + 0 ), (2.15) dengan A R ( δ) amplitudo gelombang resultan yang harganya bergantung kepada beda fasa δ, dan 0 adalah suatu tetapan. Intensitas cahaya sebanding dengan kwadrat gangguan medium ( gelombang), ini berarti bahwa intensitas cahaya I akan sebanding dengan A R (δ) 2. I = A R (δ) 2 (2.16) Jadi untuk mendapatkan pola interferensi gelombang oleh tiga buah celah, kita dapat melukiskannya seperti Gambar 2.4. untuk berbagai harga δ, dan mengambil kwadrat A R ( δ) yang diperoleh. Jika C sebagai tetapan dan sudut fase 2 ( C ) dibuat sama dengan nol ( 2 = 0). Tampak bahwa Amplitudo gelombang superposisi seperti Gambar 2.4. berikut :
12 A R = A 1 2 + A 2 2 + A 1 A 2 cos δ, A R C Intensitas di titik P adalah : A 1 I R= 2 AR= CA 2 1 + CA 2 2 + 2CA 1 CA 2 cos δ A 2 Gambar 2.4. Diagram fasor di titik C δ = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 cos δ Intensitas maksimum selalu terjadi pada beda sudut fase δ = 2π n. Untuk jarak ke layar yang lebih besar dari jarak antara dua celah, maka beda sudut fase δ antara dua celah yang berdekatan dapat dituliskan sebagai berikut : δ = k d sin θ = 2π λ d sin θ, (2.17) Dari kedua persamaan di atas dapat disimpulkan, bahwa tempat-tempat intensitas maksimum pada layar terletak pada arah-arah θ yang diberikan oleh : δ = 2π λ d sin θ = n 2π, (2.18) atau, sin θ = n λ d (2.19)
13 Bilangan bulat n disebut orde maksimum. Jadi maksimum orde nol (n=0) terjadi pada sin θ = 0, yaitu ditengah-tengah layar.maksimum orde pertama (n=1) terletak pada, sin θ = λ d (2.20) 2.4. Struktur Fisik Cakram Optik Cakram optik biasanya terbuat dari plastik polikarbonat transparan. Pada bagian atas keping terukir data yang tersusun dalam jalur-jalur melingkar. Plastik ini dilapisi logam tipis mengkilat, biasanya aluminium, supaya memantulkan cahaya, kemudian ditambahkan lapisan lacquer (pernis) pelindung dan label. 2.5. CD-ROM CD-ROM (singkatan dari Compact Disc - Read Only Memory) adalah sebuah piringan kompak dari jenis piringan optik (optical disc) terdiri dari satu keping plastik, yang dapat menyimpan data. Ukuran data yang dapat disimpan saat ini bisa mencapai 700MB atau 700 juta bita. Jalur-jalur melingkar yang terdapat pada cakram optik ukurannya sangat kecil sehingga dapat berfungsi sebagai kisi difraksi untuk cahaya tampak. Jarak antarjalur kira-kira 1,6 mikrometer pada CD.
14 Gambar 2.5. CD-ROM. Gambar 2.6. Penampang melintang CD. Tipe Sektor Tabel. 2.1. Kapasitas CD Data Maksimum Audio Maksimum Durasi Akses MB MiB MB MiB Menit 8 94.5 193.536 193.536 21 21 21 283.5 580.608 580.608 63 63 63 650 333 681.984 681.984 74 74 74 700 360 737.28 737.28 80 80 80 405 829.44 829.44 90 90 90 445.5 912.384 912.384 99 99 99
15 2.6. DVD DVD adalah sejenis cakram optis yang dapat digunakan untuk menyimpan data kurang lebih 4,7 GB, termasuk film dengan kualitas video dan audio yang lebih baik dari kualitas VCD, sedangkan DVD terdiri dari dua lapisan. Data terdapat pada bagian atas (dekat label) keping plastik. Jalur-jalur melingkar yang terdapat pada cakram optik ukurannya sangat kecil sehingga dapat berfungsi sebagai kisi difraksi untuk cahaya tampak. Jarak antar jalur kira-kira 740 nanometer pada DVD 10. Gambar 2.7. DVD 5. Gambar 2.8 Penampang melintang DVD. 7
16 Tabel 2.2. Kapasitas Piringan DVD Tipe Sektor MB MiB MB MiB Menit 8 94.5 193.536 193.536 222.264 212 21 283.5 580.608 580.608 666.792 635.9 63 650 333 681.984 681.984 783.216 746.9 74 700 360 737.28 737.28 846.72 807.4 80 405 829.44 829.44 952.56 908.4 90 445.599 912.384 912.384 ####### 999.3 99 Catatan: Nilai megabita ( MB dan menit adalah tepat) Mib= 2. 20 = 1.048.576 MB Mib= Mega Binary Bit Tabel 2.3. Kecepatan transfer DVD Kecepatan Transfer Megabyte/detik Megabit/detik Mebibit/detik 1X 0.15 1.2 1.2288 2X 0.3 2.4 2.4576 4X 0.6 4.8 4.9152 8X 1.2 9.6 9.8304 10X 1.5 12 12.288 12X 1.8 14.4 14.7456 20X 3 24 24.576 32X 4.8 38.4 39.3216 36X 5.4 43.2 44.2368 40X 6 48 49.152 48X 7.2 57.6 58.9824 50X 7.5 60 61.44 52X 7.8 62.4 63.8976 2.7. Kamera Digital Satu hal yang perlu diingat adalah bahwa kamera film dan kamera digital berbeda. Di dalam kamera digital sendiri, ada perbedaan antara kamera poket dalam hal ini yang biasanya bisa menggunakan flash tambahan adalah
17 PDC/Prosumer digital kamera dan digital SLR (DSLR). Perbedaan pertama tentu saja dalam hal perbandingan ukuran sensor/film dengan lensa. Karena sensor kamera digital lebih kecil daripada film 35mm, maka kita akan terjebak pada perbandingan panjang lensa yang berbeda. Untuk mendapatkan suatu sudut yang sama misalnya 35 mm, maka pada kamera dengan sensor 1/1.8 akan menggunakan lensa sekitar 7.5 mm, D100 akan menggunakan lensa 24 mm dan 10D akan menggunakan lensa 20 mm. Piksel (Pixel) elemen terkecil citra digital yang bisa dilihat mata. Sensor citra secara fisik (dua dimensi) dibuat dari rangkaian ribuan sel yang peka cahaya. Tiap sel disebut piksel, bagi monitor atau display komputer, piksel adalah titiktitik cahaya yang membentuk suatu objek di layar komputer. Makin banyak jumlah piksel dalam suatu citra, makin besar resolusi spasial citra tersebut. Bukaan gambar (Aperture) merupakan lebarnya lubang yang dibuka oleh kamera untuk mengizinkan cahaya masuk. ISO /ASA Kecepatan Film, Makin kecil ISO maka membutuhkan jumlah cahaya yg lebih banyak dan makin besar ISO maka membutuhkan jumlah cahaya yg lebih sedikit. Makin kecil ISO maka butiran emulsinya makin halus, dan makin besar ISO maka butirannya makin kasar.iso :internationalstandardorganisation,asa:americanstandardassociation, DIN : Deutsch Industrie Number istilah dipakai di Jerman.