Difraksi celah tunggal, celah ganda, celah persegi , celah lingkaran, celah banyak, dan daya urai optik EKO NURSULISTIYO

A. PENGERTIAN Jika muka gelombang bidang tiba pada suatu celah sempit (lebarnya lebih kecil dari panjang gelombang), maka gelombang ini akan mengalami lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di belakang celah tersebut. Peristiwa ini dikenal dengan difraksi. Difraksi merupakan pembelokan cahaya di sekitar suatu penghalang /suatu celah.

Prinsip Huygens-Fresnel Prinsip Huygens-Fresnel : setiap titik dari muka-muka gelombang yang tidak terganggu, pada saat tertentu bertindak sebagai sumber muka-muka gelombang speris kedua (frekuensinya sama dengan sumber primer). Amplitudo medan optik (listrik/magnet) di suatu titik merupakan superposisi dari muka-muka gelombang speris tadi. Jika panjang gelombang (λ) lebih besar dibandingkan dengan lebar celah (d), maka gelombang akan disebar keluar dengan sudut yang cukup besar.

B. PERBEDAAN DIFRAKSI DAN INTERFERENSI interferensi cahaya gelombang berasal dari dua gelombang. pada difraksi berdasarkan prinsip Huygens –Fresnel cahaya yang masuk melalui celah sempit dianggap sebagai titik-titik sumber baru Pada interferensi intensitas pola gelap-terang dianggap sama besar. Akan tetapi pada difraksi terlihat sekali distribusi intensitas yang sangat berbeda. Pada bagian terangnya jauh lebih terang daripada bayanganya. PADA DASARNYA KEDUANYA TERJADI AKIBAT ADANYA SUPERPOSISI GELOMBANG

C. MACAM-MACAM DIFRAKSI DIFRAKSI FRESNEL DIFRAKSI FRAUNHOFER Jarak sumber ke celah dan celah ke layar dekat berkas tidak perlu sejajar celah lebar dan tidak sempit Topik yang dibicarakan adalah difraksi oleh : 1. lubang bulat 2. celah persegi 3. penghalang berbentuk piringan 4. penghalang berbentuk lancip (tajam) Letak sumber cahaya dan layar jauh sekali dari celah. Berkas yang memasuki celah harus sejajar dan yang keluar dari celah harus sejajar Topik yang akan dibicarakan adalah difraksi oleh 1. Celah tunggal (single slit) 2. Lubang bulat (circular aperture) 3. Dua celah sempit 4. Kisi (celah banyak) Jika sebuah difraksi fresnel ditempatkan lensa cembung pada sinar yang masuk dan sinar yang keluar dari celah maka sinar dianggap sejajar dan disebut sebagai difraksi faunhofer.

D. DIFRAKSI FRAUNHOFER OLEH CELAH TUNGGAL

Jika jarak celah ke layar l jauh lebih besar dari lebar celah a (l >> a), maka sudut θ sangat kecil, sehingga sin θ = tan θ = p/l (Pada gambar awal p = y.).

Contoh soal

Garap bareng nyok... 1. laser berwarna hijau ditembakkan ke dalam sebuah celah yang mempunyai lebar 0,550 mm. Difraksi terlihat pada dinding yang berada pada jarak 2,06 m dari celah. Jarak gelap kedua dari terang pusat adalah 4,10 mm. Berapakah panjang gelombang sinar tersebut? 2. sebuah layar ditempatkan pada jarak 50 cm dari celah tunggal yang disinari oleh cahaya dengan panjang gelombang 600 nm. Jika jarak antara gelap ke 3 dengan gelap 1 adalah 3 mm, berapa lebar dari ceah tersebut?

E. DIFRAKSI FRAUNHOFER CELAH GANDA Pada pola intensitas gelombang interferensi semua titik terang mempunyai amplitudo yang sama. Pola intensitas pada difraksi mempunyai amplitudo yang makin lama makin lemah. Kombinasi dari kedua amplitudo ini menghasilkan pola campuran antara difraksi dan interferensi. Dalam gambar di bawah ini dilakukan percobaan dengan menggunakan jarak antar celah d = 18 μm dan lebar celah a = 3μm. Pola yang diproleh adalah seperti gambar di bawah ini :

Terjadi gabungan antara difraksi celah dengan interferensi dari kedua buah celah. Interferensi masuk dalam pola difraksi sehingga pada suatu tempat terdapat pola interferensi maksimum yang tidak terlihat disebut orde yang hilang (missing orde’s)

Soal Sebuah sinar melewati dua buah celah yang mempunyai lebar sama yaitu 30 mikrometer. Jarak kedua celah 240 mikrometer. Jika dalam keadaan ini terjadi difraksi dan interferensi. Pada orde terang interferensi ke berapa tidak terlihat di layar? Tunjukkan sudut yang dibentuk oleh difraksi maupun interferensi pada keadaan tersebut,Jika cahaya yang digunakan 600 nm?

F. DIFRAKSI KISI Apabila sebuah sinar melewati kisi maka yang akan terjadi adalah 1. dispersi : peruraian warna dari berkas sinar yang polikromatis Cahaya yang mempunyai panjang gelombang yang sama akan mengalami superposisi dengan cahaya dengan panjang gelombang yang sama. Sehingga yang terjadi adalah adanya pola garis yang mempunyai warna tertentu. Akan tetapi jika cahaya yang digunakan polikromatis maka tidak akan didapatkan terjadinya peruraian warna. Yang ada adalah superposisi dari cahaya tersebut sehingga hanya akan tampak satu warna saja. 2. deviasi : perubahan arah dari jalanya sinar Jika gelombang dengan berbagai panjang gelombang melewati kisi maka setiap panjang gelombang akan membentuk maksimum pada sudut yang berbeda kecuali pada orde m = 0.

Contoh soal Sebuah sinar polikromatis mengarah ke kisi difraksi dengan 1000 garis per cm. Jika panjang gelombang sinar merah = 640 nm, berapa sudut yang dibentuk pada maksimum pertamanya? Jika panjang gelombang sinar 750 nm berapa sudut yang dibentuknya pada maksimum 1? Sebuah kisi dengan 20.000 garis memiliki panjang 4 cm. Tentukan sudut yang dibentuk oleh dua buah sinar dengan panjang gelombang 400 nm dan 800 nm pada interferensi orde pertamanya?

G. DIFRAKSI CELAH PERSEGI

H. DIFRAKSI CELAH LINGKARAN

I. DAYA URAI OPTIS “Saat pusat maksimum dari sebuah gambar jatuh pada minimum 1 dari gambar yang lain maka kedua gambar tersebut dapat dipisahkan. Hal ini disebut sebagai Kriteria Rayleigh”. Gambar 12 sebelah kiri menunjukkan keadaan dimana sudut yang dibentuk cukup lebar sehingga dua buah sumber dapat dipisahkan/terihat terpisah. Sebaliknya jika sudut terlalu kecil maka kedua sumber tidak dapat dipisahkan.

Jauh (bersatu) mulai bisa dipisahkan terpisahkan

Intensitas daya pisah dua buah sumber cahaya

Soal digarap bareng.... Titik dekat seorang wanita 25 cm. Jika diameter pupil matanya 2 mm berapa sudut minimum dua buah benda yang memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 500 nm agar masih bisa terlihat terpisah? Berapa jarak minimumnya agar masih terlihat terpisah?

Dicobo rek..... Dua monster jahat dan baik sedang bertarung dan diperlihatkan pada sebuah layar tancap. Monster jahat mempunyai satu buah mata dan memancarkan cahaya merah. Monster baik juga demikian. Jika panjang gelombang sinar merah dari mata kedua monster 660 nm dan kedua mata monster terpisah sejauh 10 cm, berapakah jarak maksimum agar mata kita (diameter 7 mm) dapat membedakan mata kedua moster tersebut?