Polarisasi Gelombang EM FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-17 Polarisasi Gelombang EM

Polarisasi Gelombang Elektromagnetik

Propagasi gelombang EM Dapat menjalar melewati ruang hampa (vakum) Gelombang EM adalah gelombang transversal, artinya arah getaran vektor medan listrik dan magnetik adalah tegak lurus arah perambatan. Dihasilkan oleh muatan listrik dipercepat -> gelombang EM Gelombang EM dapat juga diproduksi dari atom atau molekul yang tereksitasi.

Propagasi Gelombang EM… Gambar ini menunjukkan diagram skematik dari propagasi suatu gelombang EM dalam arah sb-x dengan kecepatan c. Medan listrik E bergetar dalam bidang x-y dan medan magnetik B bergetar dalam bidang x-z. E dan B selalu tegak lurus satu sama lain.

Spektrum Gelombang EM Radio waves 10-2 m to 103 m Radio & TV broadcast Radio communications Microwaves 10-2 m Microwaves oven Satellite telecommunication radar Infra-red (IR) 10-4 m Remote control Medical IR photography visible light 4x10-7 m to 7x10-7 m

Spektrum Gelombang EM… Ultra-violet (UV) 10-8 m Causes sun-tan Fluorescent light Checking banknotes Sterilizing water X-rays 10-10 m Medical diagnosis Inspecting welded joint Gamma rays 10-13 m Radiotherapy sterilization

Spektrum Gelombang EM

Intensitas Gelombang Cahaya Interferensi cahaya berhubungan dengan superposisi gelombang cahaya ketika mereka berinteraksi Ketika dua gelombang cahaya melintas satu sama lain, medan listrik resultan E pada titik persimpangan sama dengan penjumlahan dari masing-masing medan listrik E1 dan E2 Intensitas gelombang gabungan adalah sebanding dengan kuadrat medan listrik resultan:

Transport Energi Aliran energi dalam gel. EM diukur dengan laju energi per satuan luas yang biasa dinyatakan dengan Vektor Poynting, S. Time average dari S dikenal sebagai Intensitas gel.EM

POLARISASI

Polarisasi Contoh: sinar matahari, sinar lampu Umumnya penjalaran gelombang EM sama dalam segala arah atau secara keseluruhan menjalar secara acak. Dikatakan sebagai gelombang yang tidak terpolarisasi: Contoh: sinar matahari, sinar lampu y vibrations propagation z Medan E

Polarisasi gelombang secara parsial Gangguan dalam suatu arah paling besar tetapi pada arah yang lain (yang tegak lurus) paling kecil.

Polarisasi gelombang total (bidang) Gangguan menjalar hanya dalam suatu arah tertentu saja.

Cahaya Pembahasan tentang cahaya merupakan salah satu pembahasan yang paling menarik tentang gel. EM. Maka selanjutnya dalam pembahasan polarisasi ini akan dibahas mengenai cahaya. Gelombang cahaya dipancarkan melalui proses de-eksitasi atom dalam sumber cahaya. Berkas cahaya dari suatu sumber cahaya biasa terdiri dari sejumlah besar gel. em dengan orientasi vektor medan E (juga medan B) yang acak dan sama ke semua arah. Berkas cahaya seperti ini dikenal sebagai cahaya yang tidak terpolarisasi. Vektor E dari tiap-tiap gelombang dalam cahaya tak terpolarisasi dilihat dari arah penjalaran E

Berkas cahaya terpolarisasi Jika semua gelombang dari cahaya memiliki vektor medan E dalam arah yang sama pada setiap saat, maka akan menghasilkan satu vektor resultan medan E, dan selanjutnya berkas cahaya ini dikatakan terpolarisasi secara linier, atau terpolarisasi bidang, atau singkatnya terpolarisasi. E vektor resultan medan E dari berkas cahaya terpolarisasi y Bidang yang dibentuk oleh vektor resultan medan E dan arah propagasi gelombang disebut bidang polarisasi (plane of polarization) dari gelombang cahaya (EM) E c x B Bidang x-y adalah bidang polarisasi. z

Representasi dari berkas terpolarisasi & tidak terpolarisasi Bidang polarisasi: plane of the slide         Berkas terpolarisasi Bidang polarisasi: plane  to slide Berkas tak terpolarisasi Tampak dari Arah sinar

Metode pembuatan polarisasi cahaya Polarisasi oleh absorpsi selektif (selective absorption) Polarisasi oleh pemantulan (reflection). Polarisasi oleh pembiasan ganda (double refraction) Polarisasi oleh hamburan (scattering)

Polarisasi oleh absorpsi selektif Beberapa jenis kristal memiliki sifat menyerap lebih kuat gelombang cahaya dengan vektor medan E pada suatu bidang tertentu dibanding pada bidang lain (yg tegak lurus dengannya). Kristal seperti ini disebut kristal dichroic dan sifat ini dikenal sebagai dichroism. Dichroism ditunjukkan oleh sejumlah mineral dan campuran organik. Kristal mineral yang paling terkenal adalah tournaline. Pada 1938, E. H. Land mengembangkan material yang disebut polaroid, yang mempolarisasi cahaya melalui absorpsi selektif oleh susunan rantai panjang yang teratur dari molekul hidrokarbon. Polaroid mengabsopsi gelombang cahaya yang memiliki vektor medan E yang sejajar dengan panjang rantai molekul dan meneruskan gelombang cahaya yang memiliki vektor medan E yang tegak lurus dengan panjang rantai molekul. Arah yang tegak lurus dengan panjang rantai molekul disebut sebagai sumbu transmisi. Lembaran polaroid tidak mempolarisasi 100% dari sinar datang dan tidak mempolarisasi semua gelombang.secara sama.

Polarisasi oleh absorpsi selektif Menggunakan Vertical metal grids microwave yang tidak terpolarisasi gelombang terpolarisasi horisontal Menggunakan polaroid atau polarizer lembar kristal (molecule chains) penyerapan medan E dalam 1 arah  gelombang terpolarisasi Polaroid vertikal (horizontal molecule chain)  cahaya terpolarisasi secara vertikal

Hukum Malus Ketika suatu berkas cahaya tidak terpolarisasi dengan intensitas Io dilewatkan melalui dua lembar polaroid yang digandeng, intensitas yang ditransmisikan I bervariasi sebagai kuadrat kosinus sudut antara dua sumbu transmisi, yaitu:  Transmission axis I0 I Polarizing sheets E0 E I = I0 cos2  Hubungan antara I dan  pertama kali ditemukan oleh insinyur AD Prancis E. L. Malus secara kebetulan pada tahun 1809.

Hukum Malus… Hukum Malus dapat dipahami dari penjelasan berikut: Vektor medan listrik E0 dari cahaya terpolarisasi yang dihasilkan oleh pelat polarisator ke-1 dapat dibagi ke dalam 2 komponen, yang satu sejajar dan yang lain tegak lurus terhadap sumbu transmisi dari pelat polarisator ke-2, sebagaimana ditunjukkan dalam diagram berikut: Transmission axis of polarizer E= E0 sin  Transmission axis of analyzer E// = E0 cos  E0  E E// Pelat polarisator ke-2 hanya meneruskan bagian dari cahaya terpolarisasi yang bersesuaian dengan komponen E//.

Quick quiz A beam of unpolarized light having an intensity I0 is incident upon an ideal polarizer (100% polarization). What is the intensity of the transmitted light? Answer: I0/2 The incident light can always be resolved into two components, one polarized parallel to the polarizer axis and and one polarized perpendicular it. Because the incident light is a random mixture of all states of polarization, these two components are, on the average, equal. Thus exactly half of the incident intensity, that corresponding to the component parallel to the polarizer axis, is transmitted.

Contoh Dua pelat polarisator memiliki arah polarisasi yang sama sehingga intensitas Im dari cahaya yg diteruskan adalah maksimum. Ke sudut berapa pelat harus diputar supaya intensitas turun menjadi separohnya. Jawab: I = ½ Im ½ Im = Io cos2   = cos-1 (1/2) =  45o,  135o