Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Laporan Praktikum Pengukuran Panjang Gelombang menggunakan Difraksi

Pengukuran Panjang Gelombang (𝛌) pada Laser HeNe Menggunakan Metode Difraksi

I. Latar Belakang 
    Pada jarak tertentu mata manusia sulit membedakan posisi dua nyala lampu yang sangat berdekatan. Gejala ini disebabkan karena diameter pupil mata sangat sempit. Akibatnya adalah cahaya dua lmapu tersebut ketika sampai mata manusia mengalami difraksi. 
     Difraksi cahaya adalah peristiwa pelenturan cahaya yang akan terjadi jika cahaya melalui celah yang sangat sempit. Kita dapat melihat cahaya ini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang dirapatkan kemudian diarahkan pada sumber cahaya yang jauh. Untuk dapat memahami fenomena difraksi cahaya serta pola yang dihasilkan maka dilakukan percobaan ini. 

II. Tujuan 
1. Mengeksplorasi cahaya pada kisi
2. Mempelajari intensitas cahaya hasil difraksi pada kisi
3. Mempelajari prinsip difraksi dapat digunakan untuk mengukur panjang gelombang dari sumber cahaya 

III. Dasar Teori 
   Kisi difraksi merupakan piranti untuk menghasilkan spektrum dengan menggunakan difraksi dan inteferensi yang tersusun oleh celah sejajar dalam jumlah yang sangat banyak dan memiliki jarak yang sama. Dengan menggunakan banyak celah, garis-garis terang dan gelap yang dihasilkan pada layar menjadi lebih tajam. Bila banyaknya celah per satuan panjang, maka tetapan kisi d adalah : 
d = 1 / N                                           (1) 
Bila cahaya dilewatkan pada kisi dan diarahkan ke layar , maka pada layar akan terjadi garis terang (maksimum) dan gelap (minimum) 
Garis terang (maksimum) memenuhi persamaan : 
d sin 𝜭 = n 𝛌 ; n = 0,1,2,...                 (2) 
Garis gelap (minimum) memenuhi persamaan : 
d sin 𝜭 = (n - 1/2) 𝛌 ; n = 0,1,2,..       (3) 
atau dengan persamaan berikut untuk garis terang : 
d y/L = n𝛌                                          (4) 
dan persamaan berikut untu garis gelap : 
d y/L = (n - 1/2) 𝛌                             (5)
Jika pada kisi tertulis 10000 gores/cm, maka artinya terdapat 10000 garis dalam 1 cm. Sehingga lebar celahnya (Halliday, 1987) :  d = 1/N = 1/ 10000 = 10^-4 cm .
    Difraksi cahaya adalah peristiwa penyebaran atau pembelokkan gelombang oleh celah sempit sebagai penghalang. Gelombang terdifraksi selanjutnya berinterferensi satu sama lain sehingga menghasilka daerah penguatan atau pelemahan. Interferensi merupakan padua dua gelombang atau lebih menjadi satu gelombang baru. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat, pertama gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bahwa kedua gelombang cahaya harus memiliki beda fase yang tetap. Oleh sebab itu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama. Kedua adalah gelombang cahya harus memiliki amplitudo yang sama (Beiser, 1999). 
     Ada dua macam difraksi yang terkenal yaitu difraksi Frounhefer dan difraksi Fresnel. Percobaan Fresnel disederhanakan oleh Franhefer sehingga dikenal dengan difraksi Frounhefer. Ciri difraksi Frounhefer yaitu bahwa sinar-sinar yang datang sejajajr dan pada difraksi diamati pada jarak yang cukup jauh sehingga secara efektif sinar yang diterima adalah sinar-sinar terdifraksi sejajar. Inilah yang membedakan dengan difraksi Fresnel. Pada difraksi Fresnel antara sumber cahaya dan layar terletak pada jarak yang akan dekat (Fortin, 2008). 
     Arah rambat gelombang pada fenomena difraksi mengalami pembelokkan, karena sesuai dengan prinsip Huygens yang menyatakan bahwa dalam proses perambatan gelombang bebas, semua titik pada muka gelombang merupakan sumber titik dan akan merambatkan gelombang ke segala arah (Suriyanto, 2014). 
    Light Dependent Resistor (LDR) adalah jenis resistor yang biasa digunakan sebagai detektor cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya. Resistensi LDR berubah bergantung dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya.  Bila cahaya redup, bahan cakram pada LDR menghasilkan elektron  bebas dengan jumlah yang kecil sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkat muatan listrik jika intensitas cahaya yang mengenai LDR semakin besar maka Resistensi semakin kecil, sedangkan saat intensitasnya kecil maka resistensinya semakin besar dan terjadi pola gelap. Dalam hal ini digunakan multimeter untuk mengukur tegangaan keluaran yang diterima detektor (Keiser, 1991). 

IV. Metodologi Percobaan 
1. Alat dan Bahan 
  • Seperangkat alat spektrometer cahaya berbasis fiber optik, berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk praktikum
  • Laser HeNe (1 buah), sebagai sumber cahaya
  • Plastik Optical Fiber (1 buah), sebagai pemandu cahaya sampai pada lensa dan mengurai noise
  • Busur derajat (1 buah), sebagai pengukur besar sudut cahaya difraksi
  • Kisi difraksi (1 buah), sebagai penghalang cahaya agar terjadi difraksi
  • Multimeter (1 buah), untuk mengukur tegangan output dari detektor 
2. Gambar rangkaian alat

3. Metode grafik

4 Langkah kerja

V. Data hasil percobaan 

VI. Analisa Data 
    Difraksi cahaya adalah peristiwa penyebaran atau pembelokkan gelombang oleh celah sempit sebagai penghalang. Gelombang terdifraksi selanjutnya berinteferensi satu sama lain sehingga menghasilkan penguatan dan pelemahan. Cahaya dari laser HeNe dilewatkan pada fiber optik untuk memaksimalkan cahaya yang merambat (mengurangi noise). Selanjutnya, cahaya dilewatkan pada lensa untuk mendapatkan cahaya yang lebih fokus, lalu ke kisi difraksi agara terjadi difraksi. Setelah itu pada layar akan terbentuk pola gelap dan terang. 
    Pada percobaan ini digunakan LDR sebagai sensor cahya. Resistensi pada LDR bergantung pada intensitas cahaya yang mengenainya, pada pola terang yang berarti intensitasnya besar, nilai resistensinya kecil, dan nilai tegangannya besar. Sedangkan pada pol gelap, nilai intensitasnya kecil, resistensinta besar dan tegangannya kecil. 
    LDR dihubungkan dengan multimeter dan posisi LDR dapat diubah membentuk sudut, sehingga dapat terlihat hubungan antara intensitas (ditunjukkan oleh nilai tegangan) dan sudut. Mengacu pada prinsip kerja LDR, maka posisi terang pusat dalam sudut ditunjukkan dengan nilai intensitas terbesar. Nilai intensitas dibawahnya secara berurutan merupakan posisi terang pertama, kedua, dan selanjutnya. 
    Percobaan dilakukan dengan memvariasikan sudut setiap 1° dari 90° sampai 135° dan dari 90° sampai 45° . Dari hasil pengukuran tegangan, nilai tegangan terbesar merupakan posisi terang pusat. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, terang pusat berda pada 87° . Hasil ini dapat menjelaskan bahwa difraksi merupakan pembelokkan gelombang, jika gelombang cahaya diteruskan secara lurus (tidak terbelokkan) seharusnya terang pusat tepat berada ditengah layar yaitu diposisi 90°. Berikut adalah grafik hubungan antara sudut dan intensitas (dalam hal ini berbentuk tegangan). 

     Grafik diatas menunjukkan bahwa nilai intensitas berubah-ubah tergantung pada sudut atau posisi LDR. Fluktuasi tersebut dikarenakan LDR berada pada posisi terang dan gelap. Saat berada pada posisi terang maka menyebabkann tegangannya bernilai sampai pada nilai terbesar (dibawah nilai tegangan terang pusat)  yang menunjukkan bahwa posisi tersebut adalah terang pertama, dan seterusnya untuk terang kedua, ketiga, sampai selanjutnya. Saat berada pada posisi gelap maka menyebabkan tegangannya bernilai kecil. Puncak grafik merupakan orde dari pada terang yang dihasilkan. Terdapat 5 puncak, terang pusat mempunyai orde n = 0, sehingga terdapat 2 orde (kiri dan kanan).
     Jumlah garis per satuan panjang (N) pada kisi yang dipakai adalah 100 lines/ mm. Nilai panjang gelombang (𝛌) ditentukan dengan persamaan (2), dimana nilai d diperoleh melalui persamaan (1). Nilai panjang gelombang sebesar 610,1 nm. panjang gelombang laser HeNe berdasarkan literature adalah sebesar 632,8 nm. Perbedaan hasil dari literature dapat disebabkan oleh variasi setiap 1° tersebut, yang dapat menyebabkan posisi LDR tidak tepat mengenai pola terang, apabila variasi sudutnya lebih kecil dapat menyebabkan posisi LDR dapat memaksimalkan posisi LDR tepat mengenai pola terang. Selain itu pemfokusan lensa kurang baik juga dapat menyebabkan cahaya yang diteruskan kurang maksimal.
     Kisi yang digunakan adalah kisi 100 lines/mm. Apabila digunakan kisi yang nilai N nya lebih besar, seperti kisi 300 lines/mm atau 600 lines/mm maka akan menyebabkan jarak terang pusat dengan terang selanjutnya (g) menjadi lebih besar.

VII. Kesimpulan 

  1. Difraksi cahaya adalah peristiwa penyebaran atau pembelokkan gelombang oleh celah sempit sebagai penghalang. Gelombang terdifraksi selanjutnya berinterferensi satu sama lain sehingga menghasilkan penguatan (pola terang) dan pelemahan (pola gelap). 
  2. Pola gelap dan pola terang dari difraksi mengakibatkan terjadinya interferensi. Pola terang terjadi karena interferensi destruktif. Intensitas cahaya yang berupa tegangan akan bernilai besar saat LDR berada pada pola terang dan akan bernilai kecil saat LDR berada pada pola gelap. 
  3. Panjang gelombang didapat dengan persamaan d sin 𝜭 = n 𝛌. Prinsipnya, tercipta gelombang yang posisinya bersifat periodik yang kemudian berkas sinar berinterferensi. Panjang gelombang yang didapat adalah 610,1 nm. 
VIII. Daftar Pustaka
Beiser, A. 1999. Konsep Fisika Modern. Jakarta : Erlangga.

Fortin, G. 2008. Graphical Representation of The Diffraction Grating Equation. Journal of Physics 76 : 43. 

Halliday, R. 1987. Fisika Untuk Universitas Jilid 2. Jakarta : Erlangga.

Keiser, G. 1991. Optical Fiber Communications. USA : McGraw-Hill, Inc.

Sariyanto, F. 2014. Pengukuran Panjang Gelombang Sumber Lampu Monokromatis dari Pola Difraksi Cahaya Berbasis Webcam dan Borland Delphi. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika 02:02.

IX. Lampiran 
9.1. Perhitungan









9.2. Gambar Alat dan Bahan




Posting Komentar untuk "Laporan Praktikum Pengukuran Panjang Gelombang menggunakan Difraksi "