Laporan Praktikum Difraksi Cahaya pada Kisi

PENENTUAN PANJANG GELOMBANG LASER HE-NE
DENGAN METODE DIFRAKSI CAHAYA PADA KRISTAL

I. Latar Belakang
Mengukur panjang gelombang cahaya dapat dilakukan melalui kisi difraksi. Pengukuran dilakukan dengan cara melewatkan cahaya pada kisi difraksi yang sebelumnya sudah diketahui jarak antar celahnya. Hubungan antara jarak celah kisi panjang gelombang dan sudut difraksi berlaku untuk sinar yang datang secara tegak lurus terhadap kisi difraksi atau sinar dengan sudut datang sama dengan nol. Pengukuran panjang gelombang dapat dilihat dari pola interferensi yang terbentuk dari sumber cahaya. Alat untuk mengukur panjang gelombang dari pola interferensi ini biasa disebut sebagai spektrometer cahaya. Pengaplikasian difraksi cahaya ini banyak dilakukan dalam kehidupan sehari-hari yang terbentuk dengan penghalang celah tunggal, dua celah, atau banyak celah. Untuk mencapai tujuan mengeksplorasi difraksi cahaya pada kisi tersebut serta dapat mengukur panjang gelombang yang dihasilkan, maka diperlukan percobaan difraksi cahaya ini agar dapat mengetahui prinsip-prinsip dasar apa saja yang digunakan dalam pengukuran panjang gelombang pada suatu kisi difraksi.

II. Tujuan Percobaan

2.1 Mengeksplorasi difraksi cahaya pada kisi

2.2 Mempelajari intensitas cahaya hasil difraksi pada kisi

2.3 Mempelajari prinsip difraksi agar dapat digunakan untuk mengukur panjang gelombang dari sumber cahaya

III. Dasar Teori

Difraksi merupakan suatu peristiwa pembelokkan atau pelenturan arah gelombang ketika melewati penghalang berupa celah. Jika gelombang melewati celah yang ukurannya sempit, maka difraksi menyebabkan celah tersebut seolah-olah merupakan sumber gelombang melingkar yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Sama halnya dengan gelombang, cahaya yang dilewatkan pada sebuah celah sempit juga akan mengalami difraksi. Difraksi cahaya juga terjadi pada celah sempit yang terpisah sejajar satu sama lain pada jarak yang sama (Giancoli,2001).

Beberapa peristiwa difraksi pada gelombang cahaya antara lain (Ign,2014) :

a. Difraksi cahaya pada celah tunggal, jika cahaya monokromatik dijatuhkan pada celah sempit, maka cahaya akan dibelokkan. Jika cahaya yang dijatuhkan pada celah sempit itu polikromatik, maka selain difraksi, juga akan terjadi interferensi, hasil dari interferensi menghasilkan pola warna pelangi. Berkas cahaya jatuh pada celah tunggal, seperti pada gambar berikut, akan dibelokkan dengan sudut θ. Pada layar akan terlihat pola gelap dan terang

syarat terjadinya difraksi pada celah tunggal :

i. Pola difraksi minimum (pola gelap)

d sin θ = n λ ..........(3.1)

dengan n = 1, 2, 3, ..., n

ii. Pola difraksi maksimum (pola terang)

d sin θ = (n - 1/2) λ ..........(3.2)

dengan n = 1, 2, 3, ..., n
Pada gambar 3.1 menunjukkan bahwa gelombang cahaya dengan panjang gleombang λ didifraksikan oleh celah sempit dengan lebar d. Beda lintasan P adalah adalah (d/2) sin θ, dengan θ adalah sudut antara garis tegak lurus terhadap celah dan garis dari pusat celah ke P. Pola gelap dan terang terbentuk ketika gelombang cahaya mengalami interferensi
b. Difraksi cahaya pada kisi difraksi, kisi difraksi merupakan piranti untuk menghasilkan spektrum dengan menggunakan difraksi dan interferensi, yang tersusun oleh celah sejajar dalam jumlah yang sangat banyak dan memiliki jarak yang sama (biasanya dalam orde 1000/mm)

Dengan menggunakan banyak celah, garis-garis yang terang dan gelap dihasilkan pada layar menjadi lebih tajam. Bila banyaknya garis (celah) persatuan panjang adalah N, maka jarak antar celah kisi (d) adalah :

d = 1/N ..........(3.3)

Kisi difraksi terdiri atas sebaris celah sempit yang saling berdekatan dalam jumlah banyak. Jika seberkas sinar dilewatkan kisi difraksi maka sinar tersebut akan terdifraksi dan dapat menghasilkan suatu pola difraksi pada layar. Jarak antar celah yang berurutan (d) disebut tetapan kisi. Jika jumlah celah atau goresan tiap satuan panjang dinyatakan N, dapat diperleh persamaan 3.3 (Young,2001).
Jika sebuah penghalang berbentuk kisi memiliki tulisan 10.000 garis/cm maka nilai lebar celah antar kisi dapat diperoleh menggunakan persamaan 3.3 dan hasilnya menjadi :

Suatu celah yang dikenai cahaya dari arah depan akan memproyeksikan bayangan terang yang dibentuk dengan celah tersebut dibelakangnya. Tetapi disamping itu, terbentuk juga bayangan terang yang lain disebelah bayangan asli dan semakin ke tepi terangnya semakin gelap. Jika digunakan layar untuk menangkap pola difraksi maka cahaya yang teramati pada layar merupakan garis linear yang pusatnya berada ditengah-tengah dan memiliki sinar (berupa titik) yang paling terang, yang merupakan terang pusat. Semakin menajuhi pusat maka titik cahaya pada layar akan semakin redup (Bueche,2006).
LDR (Light Dependent Resistor) adalah jenis resistor yang biasa digunakan sebagai detektor cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya. LDR terdiri dari sebuah cakram semikonduktor seperti cadmium sulfide yang mempunyai 2 buah elektroda pada permukaannya. Resistansi LDR berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Prinsip kerja LDR adalah bila cahaya redup, bahan dari cakram tersebut akan menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang kecil (karena elektron yang tereksitasi sedikit akibat disinari foton) sehingga hanya ada sedikit elektron yang mengangkut muatan elektrolit. Artinya LDR memiliki resistansi yang besar ketika pada saat gelap karena muatan elektrolit yang terangkut sedikit dan menjadi konduktor yang sangat buruk. Bila cahaya terang bahan dari cakram menghasilkan elektron bebas dengan jumlah banyak, sehingga akan ada banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrolit. Artinya LDR menjadi konduktor yang baik atau disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat terang (Artoto,2007).

IV. Metodologi Percobaan

4.1 Alat dan Bahan
a. Seperangkat alat spektrometer cahaya berbasis fiber optik (1 set), berfungsi sebagai tempat terjadinya difraksi
b. Laser (1 buah), berfungsi sebagai sumber cahaya dan obyek yang akand ditentukan panjang gelombangnya
c. Plastic Optical Fiber (1 buah), berfungsi sebagai pemandu cahaya sampai pada lensa dan mengurangi noise
d. Busur derajat (1 buah), berfungsi untuk mengukur besar sudut berkas cahaya difraksi
e. Kisi difraksi (1 buah), berfungsi sebagai penghalang cahaya agar terjadi difraksi
f. Multimeter (1 buah), berfungsi untuk mengukur tegangan output yang diterima detektor

4.2 Gambar Rangkaian Alat

rangkaian alat difraksi cahaya pada kristal

4.3 Langkah Kerja

diagram alir prosedur percobaan difraksi cahaya pada kristal

4.4 Metode Grafik

metode grafik difraksi cahaya pada kristal

V. Data dan Analisa

5.1 Data Percobaan

5.2 Analisa Data

Difraksi merupakan suatu peristiwa penyebaran cahaya yang melalui suatu celah sempit. Ketika cahaya melewati suatu celah yang sempit cahaya akan mengalami pembelokan dengan sudut tertentu. Kisi merupakan suatu celah yang susunan celah pada kisinya tersusun secara teratur dimana hasil pembelokan dan perpecahan cahaya mengarah pada titik-titik yang sama sehingga cahaya hasil pendifraksian akan menghasilkan interferensi yaitu pola gelap terang. Pada percobaan ini digunakan laser berwarna merah, sinar laser dipancarkan ke arah plastic optical fiber sehingga cahaya berjalan melewati plastic optical fiber kemudian cahaya diteruskan menuju lensa. Pada lensa sinar difokuskan menuju ke kisi, di kisi cahaya akan mengalami difraksi dan akibat dari difraksi tersebut cahaya akan mengalami interferensi yang terlihat pada layar.

Rekomendasi Laporan lain:

Ketika terjadi interferensi diketahui bahwa terdapat pola terang yaitu terang pusat, terang 1, dan terang 2 yang mana apabila dilihat dengan mata terlihat bahwa tiap pancaran cahayanya terlihat sama. Namun dari teori-teori yang ada dikatakan bahwa cahaya atau pola terang yang dihasilkan pada masing-masing pancaran memiliki intensitas yang berbeda-beda. Pada percobaan ini digunakan suatu detektor untuk menentukan intensitas dari setiap pancaran cahaya hasil interferensi yaitu LDR. LDR merupakan suatu resistor atau hambatan yang nilai hambatannya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Pada percobaan ini intensitas cahaya dibaca sebagai tegangan keluaran dari LDR. Sehingga dari data percobaan diperoleh sudut dan tegangan, kemudian dapat dibuat grafik antara intensitas dan sudut sebagai berikut :

Grafik tersebut merupakan grafik untuk menentukan keadaan intensitas cahaya hasil difraksi. Pada grafik ditunjukkan bahwa nilai intensitas dibaca sebagai nilai tegangan dengan nilai tegangan berbanding lurus dengan nilai intensitas. Dari data diketahui bahwa terang pusat berada pada sudut 92° sehingga pada grafik diperlihatkan bahwa terang pusat memiliki intensitas paling tinggi kemudian terang 1 dan terang 2. Hasil ini menujukkan bahwa intensitas pada cahaya hasil difraksi memiliki nilai intensitas tertinggi pada terang pusat dan nilai intensitas akan menurun untuk terang berikutnya. Hal ini terjadi karena pada difraksi, terang pusat merupakan cahaya yang diteruskan oleh celah yang mana intensitasnya tinggi sedangkan untuk terang 1, terang 2, dan seterusnya merupakan cahaya yang dibelokkan oleh kisi, sehingga cahayanya memiliki intensitas yang lebih rendah. Sudut dari terang 1 dan terang 2 dapat ditentukan nilanya yaitu terang satu pada sudut 88° dan 95°, terang dua pada sudut 84° dan 99°. Nilai-nilai sudut tersebut digunakan untuk menentukan besarnya panjang gelombang yang dipancarkan oleh laser. Hasil dari grafik diatas kurang baik, hal ini karena dari grafik terlihat bahwa nilai intensitas dari terang 1 pada sudut 88° dengan terang 1 pada sudut 95° memiliki nilai intensitas yang berbeda, begitu juga untuk terang 2 yang mana sudut keduanya seharusnya memiliki nilai yang sama. Kondisi ini terjadi karena dalam proses pengambilan data penutupan tempat pada percobaan difraksi ini kurang rapat sehingga ada cahaya lain yang terdeteksi oleh detektor.

Detektor yang digunakan adalah LDR. LDR digunakan karena sifat dari LDR terhadap intensitas cahaya, yaitu ketika LDR terkena intensitas cahaya yang tinggi maka LDR akan memiliki resistansi yang semakin kecil. LDR dipasang pada rangkaian listrik yang terhubung dengan multimeter untuk mengukur tegangan, sehingga ketika LDR disinari cahaya maka tegangan dari intensitas cahayanya akan terukur, yang mana semakin besar intensitas cahaya yang diterima maka tegangan yang terukur akan semakin tinggi karena resistansi LDR semakin kecil. Hal inilah yang menjadi faktor kenapa LDR menjadi sensor untuk menentukan intensitas cahaya hasil difraksi dengan nilai tegangan sebagai keluarannya atau outputnya.

Prinsip difraksi adalah pembelokkan cahaya ketika seberkas cahaya berpanjang gelombang tertentu melewati celah maka cahaya akan mengalami pembelokan yang sudut hasil pembelokkannya bergantung pada nilai panjang gelombang dan konstanta kisi (d) sesuai dengan persamaan 3.1. Dengan sudut yang telah diketahui sebelumnya untuk terang 1, terang 2, dan nilai d yaitu 10^-5 m maka besarnya panjang gelombang laser dihitung dengan persamaan 3.1 adalah (409 ± 5,83) nm. Hasil ini menunjukkan bahwa laser merah yang digunakan mempunyai panjang gelombang (409 ± 5,83) nm. Hasil panjang gelombang ini tidak sesuai dengan literatur yaitu panjang gelombang cahaya merah berkisar pada 620 nm - 750 nm. Perbedaan ini terjadi karena pengaruh pandangan praktikkan saat pengukuran terhadap sudut pergeseran dari terang pusat ke terang berikutnya. Sehingga terjadi perbedaan terhadap nilai teta (sudut) pada terang 1 dan terang 2. Sama halnya pada literatur, faktor-faktor yang mempengaruhi pengambilan data pada percobaan ini yaitu sudut pandang dalam melihat sudut, faktor kondisi ruang, posisi kisi, dan penempatan plastic optical fiber.

Pada pecobaan ini digunakan kisi dengan N = 100 line/mm sebagai celah. Besarnya N berpengaruh pada percobaan yaitu pada sudut antara terang pusat dengan terang berikutnya yaitu seperti pada perhitungan 2 terlihat bahwa nilai sudut dari kisi N = 300 line/mm lebih besar dari pada N = 100 line/m sehingga semakin besar nilai N atau semakin kecil d (jarak antar celah kisi) nya maka sudutnya semakin besar. Selain itu perbedaan yang mempengaruhi adalah jarak antara terang pusat dengan terang berikutnya (y) yang mana N = 300 line/mm mempunyai nilai y yang lebih besar daripada N = 100 line/mm.

VI. Kesimpulan

6.1 Difraksi merupakan suatu peristiwa penyebaran cahaya yang melalui suatu celah sempit. Bila difraksi terjadi pada suatu kisi maka cahaya yang melalui kisi akan mengalami difraksi yaitu penyebaran. Ada cahaya yang diteruskan dan ada cahaya yang dibelokkan dengan sudut tertentu yang mengakibatkan terjadinya pola interferensi

6.2 Intensitas cahaya yang dihasilkan ketika terjadi difraksi adalah cahaya akan memiliki intensitas paling tinggi pada terang pusat dan pada terang berikutnya akan memiliki intensitas lebih rendah dari pada intensitas terang sebelumnya. Penyebaran cahaya hasil difraksi akan memiliki intensitas berbeda-beda

6.3 Prinsip difraksi pada kisi yaitu menciptakan gelombang yang posisinya bersifat periodik, kemudian berkas cahayanya akan berinterferensi (berinteraksi antar gelombang) dibelakang kisi, dan akan membentuk pola difraksi gelap terang. Panjang gelombang yang didapat pada laser adalah (409 ± 5,83) nm. Hasil panjang gelombang ini tidak sesuai dengan literatur yaitu panjang gelombang cahaya merah berkisar pada 620 nm - 750 nm

VII. Daftar Pustaka

Artoto, Widianto.2007. Spektrometer. Jurnal Fisika Modern. Vol 2(1) : 9-14.
Bueche, Frederick J dan Eugene Hecht.2006. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga.
Giancoli, Douglas C.2001. Fisika Universitas Edisi ke 5 Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Ign, Edi Santosa.2014. Pengukuran Jarak antar Celah Kisi Difraksi dengan Metode Deviasi Minimum. Jurnal Teori dan Aplikasi. Vol 2(2) : 199-203.
Young dan Freedman.2001. Fisika Universitas Jilid 2. Jakarta : Erlangga.

VIII. Bagian Pengesahan

IX. Lampiran