Optik Fisis (masih tentang sifat Cahaya)

Optik geometri merupakan ilmu yang mempelajari cahaya dengan mengasumsikan bahwa cahaya merupakan partikel (berdasarkan pendapat Sir Isaac Newton), sehingga cahaya dapat dipantulkan dan dibiaskan. Berbeda dengan optik fisis, merupakan ilmu yang mempelajari cahaya dengan mengasumsikan bahwa cahaya merupakan gelombang (berdasarkan pendapatChristian Huygens), sehingga cahaya dapat mengalami fenomena seperti gelombang pada umumnya, yaitu: dispersi, polarisasi, difraksi dan interferensi.

 Adanya perbedaan pendapat tentang cahaya sebagai partikel atau gelombangini kemudian ditengahi oleh de Broglie yang mengajukan hipotesis dualismecahayanya.

Apa yang dimaksud dengan dualisme cahaya?

Teori dualisme gelombang-partikel yang dikemukakan oleh de Broglie menyebutkan bahwa sebuah partikel tidak hanya memiliki identitas massa, tetapi juga panjang gelombang. Sementara gelombang sendiri tidak hanya memiliki karakteristik gelombang pajang gelombang, tetapi juga karakteristik partikel yaitu massa. Secara matematis persamaan de Broglie dinyatakan sebagai berikut:

Keterangan:

λ = panjang gelombang (nm)

h = konstanta Planck 6.62 x 10^-34 m².kg/s, 

m= massa (kg)

v = kecepatan (m/s).

kembali pada topik, materi yang dibahas pada minggu ini adalah tentang optic fisis. Optic fisis ini mencakup:

1. Interferensi

            Interferensi adalah penjumlahan superposisi dari dua gelombang cahaya atau lebih yang menimbulkan pola gelombang yang baru. Interferensi mengacu kepada interaksi gelombang yang saling berkorelasi dan koheren (mempunyai frekuensi, amplitudo dan beda fase yang tetap) satu sama lain, karena cahaya tersebut berasal dari sumber yang sama atau mempunyai frekuensi yang serupa.

        Untuk mendapatkan cahaya koheren dapat digunakan beberapa metode :

1. Percobaan cermin Fresnell.

Pada gambar diatas, sumber cahaya monokromatis S₀ ditempatkan di depan dua cermin datar yang dirangkai membentuk sudut tertentu. Bayangan sumber cahaya S₀ oleh kedua cermin, yaitu S₁dan S₂ berlaku sebagai pasangan cahaya kohern yang berinterferensi. Pola interferensi cahaya S₁dan S₂ditangkap oleh layar.

Jika terjadi interferensi konstruktif, pada layar akan terlihat pola terang. Jika terjadi interferensi destruktif, pada layar akan terlihat pola gelap.

b. Percobaan Young.

Pada eksperimen Young, dua sumber cahaya kohern diperoleh dari cahaya monokromatis yang dilewatkan dua celah. Kedua berkas cahaya kohern itu akan bergabung membentuk pola-pola interferensi.

 c. Cincin Newton

Fenomena cincin Newton merupakan pola interferensi yang disebabkan oleh pemantulan cahaya di antara dua permukaan, yaitu permukaan lengkung (lensa cembung) dan permukaan datar yang berdekatan. Ketika diamati menggunakan sinar monokromatis akan terlihat rangkaian pola konsentris (sepusat) berselang-seling antara pola terang dan pola gelap.

Jika diamati dengan cahaya putih (polikromatis), terbentuk pola cincin dengan warna-warni pelangi karena cahaya dengan berbagai panjang gelombang berinterferensi pada ketebalan lapisan yang berbeda. Cincin terang terjadi akibat interferensi destruktif.

d. Interferensi cahaya pada selaput tipis

Interferensi dapat terjadi pada lapisan tipis seperti lapisan sabun dan lapisan minyak. Jika seberkas cahaya mengenai lapisan tipis sabun atau minyak, sebagian berkas cahaya dipantulkan dan sebagian lagi dibiaskan kemudian dipantulkan lagi. Gabungan berkas pantulan langsung dan berkas pantulan setelah dibiaskan ini membentul pola interferensi.

2. Difraksi

Difraksi adalah penyebaran gelombang cahaya karena adanya halangan. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Adapun macam-macam difraksi antara lain:

a. Difraksi Fresnel

Difraksi Fresnel adalah pola gelombang pada titik (x,y,z) dengan persamaan:

dimana:

  , dan  adalah satuan imajiner.

b. Difraksi Fraunhofer

Difraksi Fraunhofer adalah pola gelombang yang terjadi pada jarak jauh (en:far field) menurut persamaan integral difraksi fresnel sebagai berikut:

Persamaan di atas menunjukkan bahwa pola gelombang pada difraksi Fresnel yang skalar menjadi planar pada Difraksi Fraunhofer akibat jauhnya bidang pengamatan dari bidang halangan.

c. Difraksi Celah tunggal

Seberkas cahaya dilewatkan pada celah sempit, cahaya yang keluar di belakang celah akan menjalar dengan arah seperti pada gambar berikut:

Dari gambar di atas terlihat bahwa cahaya selain diteruskan juga dibelokkan.

d. Difraksi Celah ganda

Sebuah sumber cahaya koheren yang menyinari bidang halangan dengan dua celah akan membentuk pola interferensi gelombang berupa pita cahaya yang terang dan gelap pada bidang pengamatan.

3. Dispersi

Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya polikromatik (putih) menjadi cahaya-cahaya monokromatik (merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu) pada prisma lewat pembiasan atau pembelokan.

 Dispersi berawal pada penurunan kecepatan perambatan cahaya melewati medium. Karena bahan menyerap dan memancarkan kembali cahaya yang berfrekuensi dekat dengan frekuensi osilasi alami dari elektron yang ada di dalamnya, cahaya ini menyebarkan sedikit lebih lambat dibandingkan dengan cahaya frekuensi yang berbeda.

contoh peristiwa dispersi:

4. Polarisasi

Polarisasi adalah orientasi gelombang. Pada cahaya terdapat 3 jenis polarisasi, yakni:  

a. polarisasi linear  (berorientasi pada satu arah)

b. polarisasi melingkar (berputar searah atau berlawanan jarum jam)

c. polarisasi ellipsosilasi (berotasi bersamaan dengan arah rambatnya)

Contoh alat yang menggunakan sifat polarisasi cahaya adalah: