MODUL 1 INTERFEROMETER DAN PRINSIP BABINET

Alifian Mahardhika Maulana, Alfrido Rizqy Pramudya, Mohamad Mulkinugraha, Muhammad Jiehan Lampuasa, Rani Fitriana, Zulfa Apriani

10212009, 10211017, 10211047, 10212062, S1112003, 10212048 Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

Email: fiansmamda@gmail.com

Asisten: Tommy Ikhlasul Amal / 10211095 Tanggal Praktikum: (03-10-2014)

Abstrak

Sifat sinar yang koheren dijelaskan dengan beda fasa yang tetap, amplitudo dan frekuensi yang sama sangat membantu dalam percobaan kali ini. Interferensi terjadi ketika terdapat dua atau lebih berkas cahaya yang mengalami superposisi baik secara konstruktif atau destruktif. Interferometer menggunakan sinar yang koheren sehingga dapat menghasilkan sebuah pola interferensi pada layar, baik itu interferometer Michelson-Morley maupun interferometer Mach-Zender. Dengan menggunakan sinar koheren, kita juga dapat menentukan tebal rambut atau lebar celah sempit sesuai dengan prinsip Babinet. Melalui percobaan kali ini, kita akan membandingkan pola interferensi percobaan interferometer Michelson-Morley dan Mach-Zehneder dengan referensi dan membandingkan hasil perhitungan ketebalan rambut dengan referensi.

Kata kunci : interferometer, interferensi, koheren, laser I. Pendahuluan

Tujuan dalam praktikum kali ini adalah untuk menggambarkan pola interferensi dengan menggunakan interferometer Michelson-Morley dan Mach-Zender, kemudian membandingkan hasilnya dengan referensi[1]. Tujuan lainnya yaitu mengukur ketebalan rambut dengan menggunakan Prinsip Babinet.

Interferensi adalah ketika ada dua gelombang cahaya yang mengalami superposisi, kemudian hasil dari superposisi gelombang tersebut, besar intensitasnya bergantung pada gelombang tersebut saling menguatkan atau menghilangkan satu dengan yang lain. Dengan asumsi bahwa kedua gelombang menyebar dalam arah yang sama dan terpolarisasi dengan medan vektor dalam permukaan yang sama. Kita juga gunakan asumsi bahwa sumber mempunyai frekuensi yang sama[1]

Pada interferometer Michelson-Morley, berkas sinar laser dibagi menjadi dua berkas cahaya yang koheren oleh beam splitter[1]. Berkas cahaya menuju cermin dalam posisi horizontal, kemudian berkas cahaya yang satu lagi menuju cermin dalam posisi vertikal, lalu masing-masing pantulan cahaya dari cermin bertemu kembali pada beam splitter dan terlihat pola interferensi pada layar.

Gambar 1. Rangkaian Interferometer Michelson-

Morley[2]

Pada interferometer Mach-Zehnder

menggunakan dua beam splitter dan dua cermin untuk membagi dan menggabungkan kembali berkas sinar[1]. Berkas sinar yang terbagi oleh beam splitter pertama akan terbagi dua, yaitu satu menuju cermin vertikal dan satu lagi menuju cermin horizontal kemudian sinar yang mengenai cermin horizontal akan dipantulkan ke beam splitter kedua, sedangkan sinar yang diarahkan ke cermin vertikal juga akan dipantulkan menuju beam splitter kedua, pada akhirnya dua berkas sinar yang terbagi tadi bergabung kembali dan membentuk pola interferensi pada layar.

Gambar 2. Rangkaian Interferometer Mach-

Zehnder[3]

Pada prinsip Babinet, dikatakan

bahwa pola difraksi didapatkan jika melewati celah sempit. Hal ini kemudian di analogikan dengan pola difraksi akan terbentuk dengan melewati ketebalan yang sempit[4], dalam hal ini yang kita gunakan adalah rambut. Kemudian, pola terang pada difraksi dinyatakan dengan persamaan:

= (1)

Keterangan: n : pola gelap ke-n : panjang gelombang d: lebar celah (tebal rambut) Kemudian karena sangat kecil, maka jarak antar terang pusat dapat dinyatakan dalam:

=

(2)

Keterangan: L : Jarak bangku optik ke layar d : lebar celah (tebal rambut) : panjang gelombang x : jarak antar pola terang

II. Metode Percobaan Untuk percobaan Interferometer

Michelson-Morley, siapkan alat dan susun rangkaian alatnya seperti Gambar 1, kemudian nyalakan laser He-Ne, atur kemiringan cermin dengan memutar tuas yang ada di bagian belakang cermin agar berkas cahaya tidak berpendar, tambahkan lensa sferis sebelum layar agar pola interferensi terlihat lebih jelas, amati dan ambil gambar pola interferensi yang ada pada layar.

Untuk percobaan Interferometer Mach-Zender, susun rangkaian alat seperti Gambar 2, lalu nyalakan laser He-Ne, atur posisi cermin dan kemiringannya agar berkas cahaya kembali diteruskan dalam satu titik, tambah lensa sferis sebelum berkas cahaya jatuh ke layar sehingga pola interferensi

terlihat lebih jelas, amati dan ambil gambar pola interferensi yang ada pada layar.

Untuk percobaan Prinsip Babinet, letakkan sehelai rambut secara vertikal di depan laser He-Ne dengan menggunakan bangku optik, nyalakan laser He-Ne, kemudian letakkan layar di depan rambut dengan jarak (L) dan ukur jarak (L), kemudian ukur jarak antara pola difraksi (x) yang terbentuk minimal tiga pola ke kanan dan tiga pola ke kiri, ulangi lagi dengan variasi jarak layar (L) sebanyak empat kali, catat data pengukuran.

III. Data dan Pengolahan Data

Berdasarkan percobaan Interferometer Michelson-Morley dan Mach-Zender, diperoleh data sebagai berikut:

Michelson-Morley

Mach-Zender

Referensi

Percobaan

Tabel 1. Hasil Percobaan Interferometer

Dapat dilihat pada tabel 1, bahwa

hasil percobaan interferometer Michelson-Morley dan Mach-Zender tidak dapat terlihat jelas pola gelap-terang atau pola interferensi pada layar yang kita tinjau dan hasilnya tidak sesuai dengan referensi[1].

Berdasarkan percobaan prinsip Babinet, diperoleh data sebagai berikut:

Gambar 3. Gambar Prinsip Babinet

Pada gambar 3, terlihat bahwa terjadi

pola difraksi pada layar yang kemudian kami

ukur jarak antar pola difraksinya (x) sebanyak tiga kali ke kanan dan tiga kali ke kiri sehingga diperoleh data seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.

L (mm) x (mm) L (mm) x (mm)

4 2

5 2

6 3

4 2

6 2

9 3

3 1

4 1,5

6 2

3 0,9

6 2

7 2,2

2500

2000

1240

1000

Tabel 2. Data Pengukuran Percobaan Prinsip

Babinet

Dapat dilihat pada tabel 2, telah diperoleh data pengukuran jarak layar (L) dan jarak antara pola difraksi (x). Kemudian dengan memanfaatkan persamaan (2) dan menggunakan data pengukuran pada tabel 2, dapat dibuat grafik sebagai berikut:

Grafik 1. Grafik Percobaan Prinsip Babinet

Pada grafik 1 tersebut menunjukkan

sebuah persamaan linear: = 351.56 + 416.46 (3)

Dengan menganalogikan bentuk persamaan (3) sama dengan bentuk persamaan (2), maka dapat diperoleh nilai y sebagai nilai L dan gradien persamaan (3)

sama dengan nilai

, maka nilai dari d dengan

= 633 nm adalah:

= = 351.56 633 109 (4)

2.23 104

Berdasarkan perhitungan (4), maka didapat nilai d = 222 m. Tebal rambut berdasarkan referensi adalah antara (17-181) m[5].

IV. Pembahasan

Pola terang dan gelap terjadi karena adanya interaksi antar gelombang-gelombang yang koheren, interaksi dapat bersifat konstruktif maupun desktruktif. Ketika pola interaksi konstruktif, maka akan menghasilkan pola terang. Sedangkan pada saat interaksi destruktif, maka akan menghasilkan pola gelap.

Koherensi adalah suatu keadaan pada gelombang ketika gelombang tersebut memiliki beda fasa yang tetap, frekuensi dan amplitudo yang sama. Jika kedua sinar bersifat koheren maka akan menghasilkan pola yang teratur.

Pada percobaan Michelson-Morley kita mendapatkan gambar pola interferensi yang kurang jelas. Pada referensi seharusnya pola interferensi berbentuk lingkaran, hal ini terjadi karena penyusunan alat yang sedikit rumit sehingga sudut datang maupun sudut pantul tidak tepat mengenai beam splitter, karena hanya menggunakan satu beam splitter, terdapat kemungkinan laser berkurang koherensinya karena sinarnya saling bertumbukan. Hal ini juga dikarenakan pada percobaan Michelson-Morley sinar dipantulkan, diteruskan dan dipantulkan kembali pada satu beam splitter sehingga terjadi kemungkinan intensitas sinar laser pada layar sedikit lebih kecil dari sumbernya. Pada percobaan Mach-Zender, gambar pola interferensi yang dihasilkan juga tidak sama dengan referensi, pola interferensinya lebih tidak jelas karena pantulan berkas sinar yang menuju beam splitter berpendar dan tidak dapat menyatu dengan sempurna sehingga menghasilkan pola interferensi yang tidak jelas.

Pada percobaan Michelson-Morley pola yang didapat tidak sempurna dalam bentuk lingkaran melainkan seperti garis lurus dikarenakan pada menyusun alat percobaan, sangat susah membuat alat disusun secara sempurna. Beam splitter yang hanya satu sebagai pemantul, penerus cahaya dan juga dipantulkan kembali ke beam splitter semakin mempersulit menemukan hasil percobaan yang sempurna atau ideal.

Beda fasa sangat mempengaruhi pola interferensi. Beda fasa yang berbeda akan mengakibatkan pola interferensi yang berbeda juga. Interferensi konstruktif adalah interaksi antar sinar koheren yang saling membangun, sehingga menghasilkan pola terang. Interferensi destruktif merupakan interaksi antar sinar koheren yang saling meniadakan, hal ini mengakibatkan pola gelap. Pada percobaan, bisa saja terjadi perbedaan fasa Karena adanya beda jarak tempuh sinar laser, dan terjadinya deviasi cahaya dalam beam splitter.

Pantulan laser cermin menghasilkan tiga titik karena pada kaca tidak hanya terjadi satu pemantulan, sinar laser masuk ke dalam medium kaca dan dipantulkan lagi keluar.

Pola interferensi pada kedua percobaan interferometer terlihat berjalan karena gelombang cahaya bersifat sinusoidal sehingga pola gelap terang terjadi secara bergantian dan periodik.

Pada percobaan prinsip babinet terdapat garis-garis tipis karena adanya interferensi juga dalam percobaan ini.

V. Kesimpulan

Gambar hasil percobaan interferometer Michelson-Morley dan Mach-Zehnder bisa dilihat pada tabel 1 dan hasil percobaan berbeda dengan referensi[1]

Tebal rambut manusia menurut hasil percobaan prinsip Babinet adalah 222 m.

VI. Pustaka

[1] Hariharan, P. (2007). Basics of Interferometry, Second Edition. Elsevier.

[2] http://scienceworld.wolfram.com/physics/mimg213.gif Tersedia: (05 Oktober 2014)

[3] http://web.phys.ksu.edu/vqmorig/tutorials/online/wave_part/mach_zeh.gif Tersedia: (05 Oktober 2014)

[4] Single Slit Diffraction and Babinet Principle. Tersedia: http://feynman.bgsu.edu/physics/phys2020/expt.2.15-diffr.babinet/expt.2.15-main.html (05 Oktober 2014)

[5] Diameter of Human Hair. Tersedia: http://hypertextbook.com/facts/1999/BrianLey.shtml (05 Oktober 2014)