Jurnal Difraksi Laser - Miftahul Janna [PDF]

Citation preview

Jurnal Sains Fisika (2021) Vol. : Hal. X-XX



JURNAL SAINS FISIKA Prodi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Alauddin Makassar



DIFRAKSI LASER Miftahul Janna1, A.Andira Maharani2, Dewi Nurinsani Abbas3, dan Hidayatullah4, 1



Jurusan Fisika, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar [email protected]



ABSTRACT: Experimental practicum has been carried out with the title "Laser Diffraction". The purpose of this lab is to understand the concept of light diffraction on a grating, to determine the wavelength of light based on its color source, and to observe diffraction events on a diffraction grating. The tools and materials used in this lab are laser light sources, diffraction gratings, precision rails, layers, rulers. Diffraction gratings are widely used to measure the wavelength of light. Measurements are made by passing light on a diffraction grating with a known distance between the lattice slits. The relationship between the distance between the slits of the diffraction grating, the wavelength and the diffraction angle for various orders. In the experiment, the results obtained from the calculation of the value of the diffraction grating constant, the greater the distance from the grating to the screen, the greater the value of the diffraction grating constant and vice versa, which is influenced by the distance between the center light to the n-brightness. ABSTRAK: Telah dilakukan praktikum eksperimen dengan judul “Difraksi Laser”. Tujuan praktikum ini adalah untuk memahami konsep difraksi cahaya pada kisi, menentukan panjang gelombang cahaya berdasarkan sumber warnanya, dan mengamati peristiwa difraksi pada kisi difraksi. Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sumber sinar laser, kisi difraksi, rel presisi, lapisan, penggaris. Kisi-kisi difraksi banyak digunakan untuk mengukur panjang gelombang cahaya. Pengukuran dilakukan dengan melewatkan cahaya pada kisi difraksi dengan jarak yang diketahui antara celah kisi. Hubungan antara jarak celah kisi difraksi, panjang gelombang dan sudut difraksi untuk berbagai orde. Pada percobaan didapatkan hasil dari perhitungan nilai konstanta kisi difraksi, semakin besar jarak kisi ke layar maka semakin besar nilai konstanta kisi difraksi dan sebaliknya yang dipengaruhi oleh jarak antara pusat cahaya untuk n-kecerahan. Kata Kunci: Cahaya, Difraksi, Kisi dan Laser



*corresponding author email: [email protected] DOI:



1



Miftahul Janna, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



PENDAHULUAN Cahaya (dan semua bentuk radiasi elektromagnetik yang lain) adalah suatu bentuk yang fundamental dan ilmu fisika masih berusaha untuk memahaminya. Pada tingkat yang dapat diamati, cahaya menunjukkan dua perilaku yang tampaknya berlawanan, yang digambarkan secara kasar melalui model-model gelombang dan partikel. Salah satu karakteristik cahaya sebagai gelombang adalah cahaya dapat dilenturkan. Panjang gelombang yang sama atau lebih besar daripada lebar suatu celah akan menyebar ke semua arah ke depan setelah melewati celah. Hal inilah yang disebut dengan difraksi cahaya (Khofifuddin, 2017) Dalam kehidupan sehari-hari banyak pengaplikasian difraksi seperti, analisis pembagian corak bentuk dari model biologi dan sel dengan analisis Fourier pengukuran sebaran cahaya statis, aplikasi teori difraksi fraunhofer ke disain detector yang bersifat spesifik, perhitungan resolusi pada teleskop, dan lain sebagainya (Nirsal, 2012) Berdasarkan uraian di atas hal yang melatarbelakangi dilakukannya percobaan ini yaitu untuk memahami konsep difraksi cahaya pada kisi, untuk menentukan panjang gelombang cahaya berdasarkan sumber warnanya dan untuk mengamati peristiwa difraksi pada kisi difraksi. Cahaya (dan semua bentuk radiasi elektromagnetik yang lain) adalah suatu bentuk yang fundamental dan ilmu fisika masih berusaha untuk memahaminya. Pada tingkat yang dapat diamati, cahaya menunjukkan dua perilaku yang tampaknya berlawanan, yang digambarkan secara kasar melalui model-model gelombang dan partikel (Frederick,dkk, 2006) Para ahli telah lama mempelajari cahaya untuk mengetahui hakekatnya. Pada mulanya, cahaya didefinisikan sebagai aliran partikel yang dipancarkan oleh benda penghasil cahaya (sumber cahaya). Tetapi, penyelidikan lain menyatakan bahwa



2



cahaya adalah gelombang karena cahaya memiliki sifat-sifat seperti yang dimiliki oleh gelombang. Pada akhirnya, mereka menyimpulkan bahwa kedua teori di atas yaitu bahwa cahaya adalah materi yang merambat dan cahaya adalah gelombang adalah benar (Nirsal, 2012) Cahaya dapat mengalami difraksi dengan syarat cahaya tersebut melewati celah sempit artinya ukuran panjang gelombang yang melewati celah lebih besar dibandingkan dengan lebar celah. Jika suatu cahaya dengan panjang gelombang λ pada suatu celah sempit d, dimana d < λ, maka cahaya tersebut mengalami difraksi atau cahaya melentur itu dapat dapat terdeteksi adanya penyimpangan sinar sebesar θ dari arah semula dan pada layar akan terlihat pola interferensi terang/maksimum (Khofifuddin, 2017) Dalam peristiwa difraksi dikenal suatu kisi difraksi yang terdiri atas sebaris celah sempit yang saling berdekatan dalam jumlah banyak. Kisi difraksi biasanya digunakan untuk menentukan panjang gelombang cahaya. Kisi difraksi merupakan alat yang digunakan untuk mengukur panjang gelombang yang terdiri atas banyak celah sempit dengan jarak sama pada permukaan datar (Sri Wahyuni, dkk, 2017) Kisi difraksi banyak digunakan untuk mengukur panjang gelombang cahaya. Pengukuran dilakukan dengan melewatkan cahaya pada kisi difraksi yang sudah diketahui jarak antar celah kisinya. Hubungan antara jarak antar celah kisi difraksi, panjang gelombang dan sudut difraksi untuk berbagai orde. Hubungan ini berlaku untuk sinar yang datang secara tegak lurus terhadap kisi difraksi atau sinar dengan sudut datang sama dengan nol. Hal ini ditunjukkan dalam gambar yang menyertai perumusannya, akan tetapi penjelasannya tidak dinyatakan secara tegas. Oleh karena itu pengukuran-pengukuran yang berdasar pada hubungan tersebut, harus memenuhi persyaratan sudut datang sama dengan nol (Santosa, 2012).



Gambar 1 : Sinar datang tegak lurus terhadap kisi difraksi Dimana : θ merupakan sudut difraksi. Untuk menetukan panjang gelombang suatu cahaya melalui kisi difraksi yaitu sebagai berikut: d sin   n



(1)



Atau



dp



 n l



(2)



Keterangan : k = konstanta kisi P = Jarak pola interferensi pada layar (n) L = Jarak layar ke kisi (m) n = orde kisi λ = Panjang gelombang (m) Laser adalah sebuah sumber cahaya yang koheren, hampir monokromatik dan searah.Laser merupakan singkatan dari Light Amplification by Stimulating Emission of Radiation yang berarti cahaya diperkuat melalui proses emisi yang dipicu. Laser



terdiri dari beberapa jenis bergantung pada medium laser yang digunakan. Seperti zat padat, cair, gas dan semikonduktor. Laser zat padat yang paling dikenal adalah laser Ruby, laser Ti:S, dan laser Nd:YAG, sedangkan untuk laser gas adalah laser He- Ne dan Laser CO2. Laser Dye dan laser dioda masingmasing adalah contoh laser zat cair dan semikonduktor (Minarni, 2013). Laser mempunyai sifat-sifat yang tidak dimiliki oleh sumber cahaya lain. Sifat- sifat khas laser antara lain kesearahan, intensitas, monokromatis, dan koherensi. Laser He-Ne merupakan jenis laser gas yang ditimbulkan oleh molekul dan atom netral. Laser ini dapat berosilasi pada panjang gelombang 0,633 µm, 1,15 µm (laser gas yang pertama kali berosilasi), dan 3,39 µm (Handayani, 2014). METODE PENELITIAN Praktikum ini dilaksanakan pada hasi Rabu 01 Desember, jam 13.00 – 14.00 WITA, di Laboratorium Optik, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar. Alat dan bahan yang digunakan pada eksperimen ini yaitu, sumber cahaya, kisi difraksi, jangka sorong, layar dan kertas grafik. Adapun prosedur kerja pada percobaan ini adalah, pertama memasang laser pada rel presisi, memasang kisi, mengatur jarak kisi dan layar, menyalakan laser dan mengamati pola gelap terang, mencatat kedudukan pola gelap terang dan mencatat pengaruh jarak dengan mengubah jarak kisi dengan layar. HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 1. Hasil Difraksi Celah Tunggal Menggunakan b = 0,1 mm L (cm) 45



Orde ke n 1



Jarak terang pusat ke-m y (cm) Kiri



Kanan



0,3



0,3



y ratarata



λ



0,3



0,007



30



15



2



0,5



0,5



0,5



0,006



3



0,7



0,7



0,7



0,005



4



0,8



0,8



0,8



0,0045



5



1



1



1



0,0044



1



0,25



0,25



0,25



0,0085



2



0,5



0,5



0,5



0,0083



3



0,65



0,65



0,65



0,0073



4



0,8



0,8



0,8



0,0067



1



0,8



0,8



0,8



0,053



2



0,6



0,6



0,6



0,026



3



0,5



0,5



0,5



0,011



4



0,3



0,3



0,3



0,005



Analisis data 1. Jarak antara kisi dengan layar (L) = 45 cm  Untuk Orde 1 𝑦



= 𝑚.𝜆



𝐿 0,3



= 1.𝜆



45



0,007 = 𝜆 𝜆



=



0,007 1



𝜆 = 0,007  Untuk Orde 2 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,5 45



= 2.𝜆



0,011 = 2. 𝜆 0,011 2



𝜆



=



𝜆



= 0,006



 Untuk Orde 3 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,7 45



= 3.𝜆



0,015 = 3. 𝜆 0,015 3



𝜆



=



𝜆



= 0,005



 Untuk Orde 4 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,8 45



= 3. 𝜆



0,018 = 3. 𝜆 0,018 4



𝜆



=



𝜆



= 0,0045



 Untuk Orde 5 𝑦



𝐿 1



45



=𝑚.𝜆 = 5. 𝜆



0,022 = 5. 𝜆 0,022 5



𝜆



=



𝜆



= 0,0044



2. Jarak antara kisi dengan layar (L) = 30 cm  Untuk Orde 1 𝑦



= 𝑚.𝜆



𝐿 0,25



= 1.𝜆



30



0,0083 = 𝜆 0,0083 1



𝜆



=



𝜆



= 0,0083



 Untuk Orde 2 𝑦



= 𝑚.𝜆



𝐿 0,5 30



= 2.𝜆



0,017 = 2. 𝜆 0,017 2



𝜆



=



𝜆



= 0,0085



 Untuk Orde 3 𝑦



= 𝑚 .𝜆



𝐿 0,65



= 3.𝜆



30



0,022 = 3. 𝜆 0,022 3



𝜆



=



𝜆



= 0,0073



 Untuk Orde 4 𝑦



𝐿



=𝑚.𝜆



0,8 30



= 4.𝜆



0,027 = 4. 𝜆 0,027 4



𝜆



=



𝜆



= 0,0067



3. Jarak antara kisi dengan layar (L) = 15 cm  Untuk Orde 1 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,8 15



= 1.𝜆



𝜆



=



𝜆



= 0,053



0,053 1



 Untuk Orde 2 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,6 15



= 2.𝜆



0,053 = 2. 𝜆 0,053 2



𝜆



=



𝜆



= 0,026



 Untuk Orde 3 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,5 15



= 3.𝜆



0,033 = 3. 𝜆 0,033 3



𝜆



=



𝜆



= 0,011



 Untuk Orde 4 𝑦



= 𝑚.𝜆



𝐿 0,3 15



= 4. 𝜆



0,02 = 4. 𝜆 0,033 4



𝜆



=



𝜆



= 0,005



Pembahasan Cahaya dapat mengalami difraksi dengan syarat cahaya tersebut melewati celah sempit artinya ukuran panjang gelombang yang melewati celah lebih besar dibandingkan dengan lebar celah. Jika suatu cahaya dengan panjang gelombang λ pada suatu celah sempit d, dimana d < λ, maka cahaya tersebut mengalami difraksi atau cahaya melentur itu dapat dapat terdeteksi adanya penyimpangan sinar sebesar θ dari arah semula dan pada layar akan terlihat pola interferensi terang/maksimum. Pada percobaan ini, menggunakan kisi 50 celah/ mm dengan lebar celah atau 0,1 mm. Hasil yang diperoleh pada percobaan pertama yakni jarak antara kisi ke layar 45 cm diperoleh orde sebanyak 5 dengan jarak yang berbeda – beda, dimana pada orde pertama sampai orde kelima jarak orde yang berada pada kiri dan kanan titik pusat adalah 0,3 cm, 0,5 cm, 0,7 cm, 0,8 cm dan 1 cm. Sehingga diperoleh panjang gelombang (λ) sebesar 0,007 cm, 0,006 cm, 0,005 cm, 0,0045 cm dan 0,0044 cm. Pada percobaan kedua yakni jarak antara kisi ke layar 30 cm diperoleh orde sebanyak 4 dengan jarak yang berbeda – beda, dimana pada orde pertama sampai orde keempat jarak orde yang berada pada kiri dan kanan titik pusat adalah 0,25 cm, 0,5 cm, 0,65 cm dan 0,8 cm. Sehingga diperoleh panjang gelombang (λ) sebesar 0,0083 cm, 0,0085 cm, 0,0073 cm dan 0,0067 cm. Pada percobaan ketiga yakni jarak antara kisi ke layar 15



cm diperoleh orde sebanyak 4 dengan jarak yang berbeda – beda, dimana pada orde pertama sampai orde keempat jarak orde yang berada pada kiri dan kanan titik pusat adalah 0,8 cm, 0,6 cm, 0,5 cm dan 0,3 cm. Sehingga diperoleh panjang gelombang (λ) sebesar 0,053 cm, 0,026 cm, 0,011 cm dan 0,005 cm. Berdasarkan hasil yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa semakin jauh jarak antara titik pusat dengan setiap orde kiri dan kanan maka semakin kecil panjang gelombang yang dihasilkan. Gejala difraksi pada celah banyak akan menghasilkan interferensi maksimum dari celah apabila selisih lintasan antara cahaya yang datang dari A dan B. difraksi pada kisi akan menghasilkan pola terang dan gelap yang dipengaruhi oleh jarak antara kisi dan sumber cahaya. SIMPULAN Kesimpulan pada percobaan ini adalah suatu cahaya dapat mengalami difraksi dengan syarat cahaya tersebut melewati celah yang sempit, artinya ukuran panjang gelombang yang melewati celah lebih besar dibandingkan dengan lebar celah. panjang gelombang cahaya dengan warna dapat ditentukan dengan cara menetapkan diameter celah dan jarak kisi dengan layar, kemudian mengukur jarak orde yang berada pada kiri dan kanan titik pusat dimana panjang gelombang yang diperoleh pada percobaan ini semakin besar jarak antara kisi ke layar dan jarak antara orde ke titik pusat maka panjang gelombang yang dihasilkan akan semakin besar. Begitupun sebaliknya semakin kecil jarak kisi ke layar dan jarak orde ke titik pusat maka panjang gelombang yang dihasilkan akan semakin besar. Selain itu, pola difraksi yang dihasilkan pada layar akan semakin gelap apabila jarak orde dengan titik pusat semakin jauh. Adapun gejala difraksi pada kisi difraksi yaitu pada celah banyak akan menghasilkan interferensi maksimum dari celah apabila selisih lintasan antara cahaya yang datang



dari A dan B. difraksi pada kisi akan menghasilkan pola terang dan gelap yang dipengaruhi oleh jarak antara kisi dan sumber cahaya. UCAPAN TERIMA KASIH Saya selaku penulis mengucapkan terimakasih kepada dosen yang telah mengajarkan teori serta eksperimen secara langsung pada praktikum ini dan telah membimbing dalam melaksanakan praktikum, serta terima kasih kepada rekan tim saya yang telah bekerja sama menyelesaikan praktikum ini. DAFTAR PUSTAKA Firmansyah, dkk. 2015. Fotometi Pleiades Menggunakan Kameri DSLR. Bandung: FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia. Frederick J. Bueche, Eugene Hecht. 2006. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jakarta: Erlangga. Kholifuddin, M Y. 2017. Sinar Laser Mainan Sebagai Alternatif Sumber Cahaya Monokromatik Praktikum Kisi Difraksi Cahaya. Jurnal Penelitian Pembelajaran Cahaya. Vol.8 No.2. Hal 129-134. Nirsal. 2012. “Perangkat Lunak Pembentukan Bayangan Pada Cermin dan Lensa”. Volume 2 Januari. Palopo: Universitas Cokrominoto. Sri Wahyuni, Arum Prabawani. 2017. Kisi Difraksi dengan Menggunakan Batang Talas (Colocasia Esculenta). Unnes Physics Journal. Vol. 6 No.1. Hal 74-77. Sunarti dan Astutiningrum. 2011. Fisika Dasar II (Seri Optika). Surabaya : UNIPRESS. Tipler. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta: Erlangga. Zelviani,



Sri.



2018.



“Pengaruh



Ketebalan



Bahan



Penghalang



terhadap



Intensitas Radiasi Relati”. Volume 12, Nomor 2, Juli-Desember 2015, Hal 203-209. Makassar: Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi.



Penulis Pertama, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2020) Vol. 7 (1): 1-10



LAMPIRAN DATA 1. Jarak antara kisi dengan layar (L) = 45 cm  Untuk Orde 1 𝑦



= 𝑚.𝜆



𝐿 0,3



= 1.𝜆



45



=



𝜆



0,007 1



𝜆 = 0,007  Untuk Orde 2 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,5 45



= 2.𝜆



0,011 = 2. 𝜆 0,011 2



𝜆



=



𝜆



= 0,006



 Untuk Orde 3 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,7 45



= 3.𝜆



0,015 = 3. 𝜆 0,015 3



𝜆



=



𝜆



= 0,005



 Untuk Orde 4 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,8 45



= 3. 𝜆



0,018 = 3. 𝜆 𝜆



=



0,018 4



Miftahul Janna, dkk.



Jurnal Sains Fisika (2021) Vol. : Hal. X-XX



= 0,0045



𝜆



 Untuk Orde 5 𝑦



=𝑚.𝜆



𝐿 1



= 5. 𝜆



45



0,022 = 5. 𝜆 0,022 5



𝜆



=



𝜆



= 0,0044



2. Jarak antara kisi dengan layar (L) = 30 cm  Untuk Orde 1 𝑦



= 𝑚.𝜆



𝐿 0,25



= 1.𝜆



30



0,0083 = 𝜆 0,0083 1



𝜆



=



𝜆



= 0,0083



 Untuk Orde 2 𝑦



= 𝑚.𝜆



𝐿 0,5 30



= 2.𝜆



0,017 = 2. 𝜆 0,017 2



𝜆



=



𝜆



= 0,0085



 Untuk Orde 3 𝑦 𝐿



= 𝑚 .𝜆



0,65 30



= 3.𝜆



14



0,022 = 3. 𝜆 0,022 3



𝜆



=



𝜆



= 0,0073



 Untuk Orde 4 𝑦



= 𝑚.𝜆



𝐿 0,8



=4.𝜆



30



0,027 = 4. 𝜆 0,027 4



𝜆



=



𝜆



= 0,0067



3. Jarak antara kisi dengan layar (L) = 15 cm  Untuk Orde 1 𝑦



= 𝑚.𝜆



𝐿 0,8



= 1.𝜆



15



0,053 = 𝜆 0,053 1



𝜆



=



𝜆



= 0,053



 Untuk Orde 2 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,6 15



= 2.𝜆



0,053 = 2. 𝜆 0,053 2



𝜆



=



𝜆



= 0,026



 Untuk Orde 3 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,5 15



= 3.𝜆



0,033 = 3. 𝜆 0,033 3



𝜆



=



𝜆



= 0,011



 Untuk Orde 4 𝑦 𝐿



= 𝑚.𝜆



0,3 15



= 4. 𝜆



0,02 = 4. 𝜆 0,033 4



𝜆



=



𝜆



= 0,005