Interferensi

TUJUAN

Eksperimen fisika mengenai interferensi ini bertujuan untuk memahami bagaimana prinsip kerja dari interferometer Michelson. Disini juga kita akan meneliti dan memahami mengenai gejala terjadinya interferensi cahaya serta memahami beberapa karakteristik dari laser dan optik.

ALAT DAN BAHAN
Meja optik

Laser He-Ne

Statif

Satu buah pembagi berkas sinar (beam divider)

Satu buah penyangga beam divider

Dua buah cermin datar

Lensa sferis f-2; 7mm

TEORI SINGKAT

Interferensi merupakan perpaduan dua atau lebih gelombang sebagai akibat berlakunya prinsip superposisisi. Interferensi terjadi bila gelombang–gelombang tersebut koheren, yaitu mempunyai perbedaan fase yang tetap.

Interferometer merupakan alat untuk menghasilkan gelombang yang koheren sehingga interferensi bisa terjadi. Jenis Interferometer :
Pembelah muka Gelombang. Prinsip Kerja : Dua gelombang yang koheren diperoleh dari sumber yang sama dengan intensitas yang tetap. Contoh ; Interferometer Young dua celah, interferometer Biprisma Fresnel, Interferometer Young banyak celah dan Interferometer Pembelah Amplitudo.

Pembelah Amplitudo. Prinsip Kerja : Dua gelombang yang koheren diperoleh dengan membagi intensitas semula , misal dengan lapisan pemantul sebagian Contoh ; Interferometer Michelson dan Interferometer Fabry Perot.

Interferometer Michelson yang akan dibahas dalam bagian ini. Interferometerr michelson merupakan konfigurasi yang paling umum untuk interferometri optik dan ditemukan oleh Albert Abraham Michelson. Dan pola interferensinya ditimbulkan oleh pembelahan seberkas cahaya menjadi dua, sinar itu kemudian memantul kembali dan dikombinasikan kembali. Michelson bersama dengan Edward Morley menggunakan ini untuk melakukan percobaan yang dikenal dengan Michelson-Morley Experiment. Dimana interferometer ini digunakan untuk menunjukkan kecepatan cahaya yang konstan melalui berbagai frame inersial.

Mula-mula sumber cahaya yang koheren merambat pada beam splitter. Kemudian cahaya dibelah menjadi dua. Cahaya yang pertama dipantulkan oleh beam splitter kemudian menuju ke cermin yang ada pada bagian atas dan dipantulkan kembali menuju beam splitter. Cahaya ini tidak dipantulkan atau dibiaskan tetapi menembus beam splitter dan masuk ke dalam detektor. Cahaya hasil pembelahan splitter yang lain dibiaskan oleh beam splitter dan merambatmenuju cermin yang berada di sebelah kanan beam splitter. Cermin ini memantulkan cahaya tersebut kembali ke beam splitter. Dari beam splitter kemudian dipantulkan menuju ke detektor.

Jika ada beda fase nol dari panjang gelombang yang diterima oleh detektor, maka akan terjadi interferensi konstruktif dan detektor menerima sinyal kuat. Jika beda fase dari panjang gelombang yang diterima oleh detektor adalah setengah (misalnya 0,5 ; 1,5 ; dan seterusnya) maka akan terjadi interferensi yang saling melemahkan (interferensi destruktif) dan sinyal yang diterima oleh detector menjadi lemah. Sekilas hal ini bertentangan dengan hukum kekekalan energi, tetapi energi bersifat kekal karena ada pendistribusian kembali energi pada detektor dimana energi pada saat interferensi destruktif digunakan pada interferensi konstruktif. Efek dari interferensi ini adalah untuk membagi cahaya yang dipantulkan menuju detektor dan sisanya yang dipantulkan menuju ke cahaya sumber.

Salah satu aplikasi Interferometer Michelson yang paling umum adalah pembuktian teori relativitas khusus. Aplikasi lainnya adalah untuk mendeteksi gelombang gravitasi, sebagai core dari spektroskopi transformasi fourier. Aplikasi lain yang menarik adalah sebagai instrumen untuk mendeteksi keberadaan planet di sekitar bintang. Aplikasi lebih lanjut digunakan untuk menghasilkan delay line interferometer misalnya sebuah demulator DPSK optis yang mengkonversi modulasi fase menjadi modulasi amplitudo dalam jaringan DWDM.

DATA PENGOLAHAN

ANALISIS PERMASALAHAN

Laser (light ampification by stimulated emission of radiation) atau penguatan cahaya oleh pancaran radiasi yang terkena rangsangan. Cahaya ini biasanya digunakan untuk menghasilkan radiasi koheren monokromatik dalam daerah infrafed, cahaya tampak, dan ultraungu. Radiasinya koheren, karena cahaya tampak dan ultraungu. Radiasinya koheren, karena memiliki amplitudo dan beda fase gelombang yang tetap (sama). Sinar laser memiliki empat sifat, yaitu sebagai berikut.

Monokromatik (ekawarna).

Koheren, artinya sefase dengan yang lainnya. Pola interferensi dapat diperoleh tidak hanya dengan meletakkan dua celah pada berkas laser, tetapi juga dengan memakai dua berkas laser yang terpisah.

Mempunyai satu arah tertentu (berkasnya tidak menyebar) berkas semacam ini dikirim dari Bumi menuju cermin pada Bulan oleh ekspedisi apollo 11, tetap merupakan berkas yang cukup tajam, sehingga terdeteksi ketika kembali ke bumi, walaupun telah menempuh jarak total lebih dari tiga perempat juta kilometer.

Intensitasnya sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari cahaya sumber lainnya.

Fenomena interferensi selalu berkaitan dengan teori gelombang cahaya. Pada hakekatnya cahaya mempunyai besaran amplitudo, panjang gelombang, fase serta kecepatan. Apabila cahaya melewati suatu medium maka kecepatannya akan mengalami perubahan. Jika perubahan tersebut diukur, maka dapat di peroleh informasi tentang keadaan objek/medium yang bersangkutan misal indeks bias, tebal medium dari bahan yang dilewatinya dan panjang gelombang sumbernya.

Pengukuran panjang gelombang cahaya dapat dilakukan dengan cara interferensi. Untuk mendapatkan pola interferensi ada berbagai metode, salahsatunya yaitu dengan menggunakan interforemeter Michelson. Interferometer ini menggunakan prinsip membagi amplitudo gelombang cahaya menjadi dua bagian yang berintensitas sama. Pembelahan amplitudo gelombang menjadi dua bagian dilakukan dengan menggunakan pemecah sinar (beam splitter). Pola interferensi yang terbentuk pada interferometer Michelson lebih tajam, lebih jelas dan jarak antar frinjinya lebih sempit dibanding interferometer yang lain. Nilai panjang gelombang sebuah cahaya dapat dihitung melalui perubahan pola dan jumlah frinji interferensi pada Interferensi Michelson.

Seperti yang kita ketahui, fungsi beam divider pada interferensi Michelson adalah memecah sunar laser menjadi dau sinar koheren, 50% refleksi dan 50% transmisi. Dan ketika sinar 1 dipantulkan oleh beam divider menuju cermin 1, sinar 2 diteruskan melalui beam divider menuju cermin 2. Dan ketika hasil refleksi dari kedua cermin tersebut berada di satu titik pada beam divider, maka akan terbentuk pola interferensi, dimana pada saat eksperimen terlihat bahwa pola interferensi dari kedua cermin ini yaitu berbentuk gelombang. Jika beam divider tidak memiliki fungsi memecah sinar laser menjadi sinar refleksi dan transmisi, maka tidak aka nada pertemuan dua sinar dan tidak akan terbentuk pola interferensi.

Jarak antara beam divider dengan layar tidak mempengaruhi pola interferensi yang terjadi, akan tetapi jarak lintasan yang lebih panjang akan mempengaruhi fase gelombang yang jatuh ke layar. Jika pergeseran beda panjang lintasan gelombang cahaya mencapai λ maka akan terjadi interferensi konstruktif yaitu terlihat pola terang, namun bila pergeserannya hanya sejauh l/4 yang sama artinya dengan berkas menempuh lintasan l/2 maka akan terlihat pola gelap.

Melalui dua gambar tersebut, dapat dilihat perbedaan dari pola interferensi yang terjadi. Pada gambar referensi, pola interferensi yang dihasilkan oleh laser He-Ne  mempunyai pola interferensi berupa lingkaran yang membentuk cincin interferensi dan memiliki pusat pola ditengah cincin yang lebih tajam. Pada gambar hasil eksperimen pola terang-gelap yang terbentuk berupa garis lengkungan, yang apabila garis itu terus disambung akan membentuk sebuah lingkaran dan akan memiliki bentuk yang sama dengan pola pada referensi.

Alasan mengapa pada layar untuk satu cermin terlihat tidak hanya satu titik adalah karena pada beam divider ada titik yang berasal dari sinar laser dan hasil refleksi dari beam divider dipantulkan oleh cermin datar tersebut dan kembali ke beam divider, sehingga aka nada dua titik yang terlihat pada layar.

Banyak atau sedikitnya jumlah frinji yang terbentuk tergantung pada beda lintasan optik antara kedua cahaya yang saling berinterferensi. Semakin besar beda lintasan optik antara kedua cahaya akan menyebabkan pola-pola interferensi (frinji) semakin banyak. Demikian pula sebaliknya semakin kecil beda lintasan optik akan mengakibatkan jumlah frinji semakin sedikit. Hal ini sesuai dengan yang dinyatakan Soedojo (1992) bahwa banyak atau sedikitnya jumlah frinji yang terbentuk tergantung pada beda lintasan optik antara kedua cahaya yang saling berinterferensi.

KESIMPULAN

Melalui eksperimen ini dapat disimpulkan bahwa Interferometer Michelson menggunakan prinsip membagi amplitudo gelombang cahaya menjadi dua bagian yang berintensitas sama. Pembelahan amplitudo gelombang menjadi dua bagian dilakukan dengan menggunakan pemecah sinar (beam splitter). Jarak antara beam divider dengan layar tidak mempengaruhi pola interferensi yang terjadi, akan tetapi jarak lintasan yang lebih panjang akan mempengaruhi fase gelombang yang jatuh ke layar. Besar nilai gelombang cahaya dapat ditentukan oleh pola interferensi dan jumlah frinji yang terbentuk.