Interferensi Difraksi

Prinsip Huygens (1629-1695) Setiap titik pada muka gelombang dapat dianggap sebagai sumber gelombanggelombang kecil yang menyebar maju dengan laju yang sama dengan gelobang itu sendiri. Muka gelombang yang baru merupakan sampul dari semua gelombang-gelombang kecil tersebut yaitu bersinggungan dengan tangen (garis singgung) dari semua permukaan gelombang tersebut. Seorang Ilmuwan Inggris, pada tahun 1801, Thomas Young (1773-1829) menemukan bukti yang meyakinkan dari sifat gelombang untuk cahaya tampak. Dalam percobaan ini Young menggunakan sumber utama cahaya berasal dari sinar matahari yang dilewatkan pada dua celah sempit yang berdekatan yang berfungsi seolah-seolah sebagai dua sumber cahaya. Asumsi Young : Jika cahaya terdiri dari partikel-partikel kecil, mungkin pengamat dapat melihat dua garis terang pada layar yang diletakkan di belakang celah. Hasil Percobaan Young : Terdapat serangkaian garis yang terang seperti deret-deret cahaya terang. Hasil percobaan tersebut adalah fenomena interferensi gelombang cahaya. Hal ini dengan membayangkan cahaya sebagai gelombang datar dengan panjang gelombang tunggal (disebut monokromatik = eka warna = satu warna) dijatuhkan pada kedua celah sempit yang berdekatan. Akibat difraksi (pelenturan cahaya saat gelombang melewati suatu celah permukaan yang sempit), gelombang yang meninggalkan kedua celah tersebut menyebar sama seperti permukaan air yang tenang lalu dilemparkan batu memunculkan riakriak gelombang yang menyebar dari titik asal jatuh batu. Demikian pula halnya difraksi gelombang setelah melewati celah sempit, kedua celah seolah-olah menyebarkan riak-riak gelombang cahaya – hal ini berfungsi sebagai sumber getaran – yang lalu menimbulkan pola sebaran gelombang menyebar (divergen). Gelombang yang melewati ke-2 celah sempit ini menyebar dan menempuh jarak yang sama hingga mencapai satu fase : saat di mana dari suatu gelombang tiba pada saat yang sama dengan puncak gelombang yang lain. Amplitudo kedua gelombang bergabung untuk membentuk amplitudo yang lebih besar = interferensi ini dinamakan interferensi konstruktif (terbentuk saat terdapat bintik terang pada layar dan pada saat dua berkas gelombang berbeda jarak sebesar satu panjang gelombang/ atau kelipatan bilangan bulat lainnya dari panjang gelombang bertemu). Saat amplitudo gelombang cahaya bertemu setelah menempuh jarak lebih setengah kali panjang gelombang yang lain, saat amplitudo kedua gelombang tiba dengan keadaan fase gelombang yang berlawanan saat mencapai layar – maka terbentuklah gabungan gelombang yang menghasilkan amplitudo gelombang sama dengan nol. Hal ini dikatakan interferensi destruktif. Untuk menentukan dengan tepat garis-garis terang jatuh pada layar, pada situasi nyata jarak d (jarak antar celah) sangat sempit dibandingkan dengan jarak celah terhadap layar (disimbolkan dengan huruf L). Berkas-berkas sinar dari setiap celah akan paralel (sejajar) dan sudut deviasi θ merupakan sudut yang dibentuk sinar paralel terhadap arah horizontal. Jarak antara dua celah

sempit terhadap arah pergeseran sinar paralel bernilai λ saat dibentuk pola garis terang (interferensi kontruktif) dan bernilai ½ λ saat terbentuk pola garisgaris gelap (interferensi destruktif). Jarak tersebut besarnya adalah d sin θ. Maka saat muncul garis terang nilai jarak ekstra tersebut adalah d sin θ = m. λ dengan nilai m = 0, 1, 2, 3 , … (interferensi konstruktif) nilai m dinamakan pinggiran interferensi. Misal orde 1 (m=1) saat pinggiran pertama di setiap sisi pinggiran pusat (saat θ = 00). Interferensi destruktif terjadi saat d sin θ = , , dan seterusnya dikali terhadap panjang gelombang. Untuk interferensi desktruktif dinyatakan rumusan sebagai berikut d sin θ = (m + ½) λ dengan m = 0, 1, 2, 3, … Batas pinggiran terang paling besar untuk pinggiran pusat (m = 0) dan berkurang untuk orde-orde yang lebih besar. Difraksi Oleh Celah Tunggal Augustin Fresnel (1788-1827) pada 1819 mengemukakan sebuah teori gelombang untuk cahaya yang meramalkan efek-efek interferensi dan difraksi. Simeon Poisson (1781-1840) menunjukkan bahwa berdasarkan teori gelombang Fresnel, jika cahaya dari satu titik sumber jatuh pada piringan yang padat, maka cahaya yang dilenturkan (di-difraksi-kan) di sekitar pinggir piringan akan berinterferensi konstruktif di pusat bayangan. Eksperimen ini benar-benar terjadi oleh Francois Arago. Bintik terang terjadi tepat di tengah bayangan. Berkas-berkas paralel dari cahaya monokromatik yang melewati celah sempit berusaha mencapai layar yang berada sangat jauh. Berkas-berkas paralel ini memiliki fase yang sama sehingga akan ada berkas-berkas paralel yang bersudut θ dari bagian atas celah tunggal menempuh jarak tepat satu panjang gelombang lebih jauh dibandingkan berkas paralel yang datang dari bagian bawah celah sempit. Berkas yang melewati bagian tengah celah akan mencapai layar dengan jarak setengah panjang gelombang lebih besar dari berkas yang berasal dari bawah celah. Kedua berkas yang 1λ dan ½ λ akan berlawanan fase dan menghasilkan interferensi destruktif. Dan akhirnya setiap berkas yang melewati bagian celah atas yang berjarak setengah panjang gelombang berkas pada celah bagian bawah akan meniadakan berkas sinar yang melewati bagian bawah celah sempit. Interferensi desktrutif akan terjadi dalam pasangan-pasangan. Sin θ = ….. tercapai garis minimum pertama saat θ = 00 berkurang hingga intensitasnya nol pada sudut θ yang dinyatakan dengan persamaan di atas. λ = panjang gelombang berkas D = lebar celah sempit (celah tunggal) Pada sudut θ yang lebih besar, yang mana berkas paling atas menempuh jarak λ lebih jauh dari berkas yang melewati celah bagian bawah. Akan saling

meniadakan berkas yang ada di bawahnya, terutama untuk berkas-berkas yang berbeda fase ½ λ. Sementara cahaya teratas dari ketiga bagian di tengah akian mencapai layar dan menghasilkan pola garis terang, namun tidak seterang pola yang memiliki sudut fase = 00. Untuk berkas yang memiliki sudut θ lebih besar akan menempuh jarak 2 λ agar sampai ke layar dan menghasilkan pola garis terang. Berkas-berkas yang berada ¼ bagian atas akan saling meniadakan dengan berkas yang berada ¼ bagian di bagian bawah. Pola intensitas nol terjadi pada d sin θ = m λ m = 1, 2, 3, …. (karena saat m = 0 terdapat terang maksimum terkuat). Di antara minimum-minimum ini terdapat garis terang lain yang tidak seterang bintik saat m = 0). Untuk menghitung garis terang pada difraksi celah tunggal digunakan persamaan d sin θ = (m – ½) λ (karena saat m = 0, garis terang tidak perlu diperhitungkan lagi, pola ini untuk menghitung garis terang lain selain saat m = 0). rumus ini untuk menghitung intensitas minimum pada difraksi celah tunggal