Bahan Kuliah Fisika Dasar 2

Optika FisisolehIshafithttp://hafit.pfis.uad.ac.id

Program Studi Pendidikan FisikaUNIVERSITAS AHMAD DAHLANYogyakarta

Hubble Space Telescope

Optika Fisik (Pysical Optics)

Optical Interference (Intefrerensi Optik)Double-Slit InterferenceThin-Film Interference

Optical Diffraction (Difraksi Optik)Single-Slit DiffractionDiffraction Gratings

Polarization oh Light (Polarisasi Cahaya)

Physics Phenomenon

Newton's Rings

A band of color appears wherever the distance between the two pieces of glass causes light of that color to interfere constructively, making the waves bouncing off the two surfaces reinforce each other© 1993-2003 Microsoft Corporation. All rights reserved.

Physics PhenomenonThin-film interference

Thin-film interference is the interference of light waves reflecting off the top surface of a film with the waves reflecting from the bottom surface. If the thickness of the film is on the order of the wavelength of light, then colorful patterns can be obtained, as shown in the image below,

Physics PhenomenonCharacteristic Spectra

Every chemical element has a characteristic spectrum, or particular distribution of electromagnetic radiation. Because of these “signature”wavelength patterns, it is possible to identify the constituents of an unknown substance by analyzing its spectrum; this technique is called spectroscopy© 1993-2003 Microsoft Corporation. All rights reserved.

Double-Slit Interference

• Physics Working Model

Physics Working Model

Constructive Interference

Wevefront

Wevefront

Light Source Destructive

Interference

Double-Slit Interference (Young Interference)

Interferensi optik dapat terjadi jika dua gelombang (cahaya) secara simultan hadir dalam daerah yang sama

S1

S2

dθ θ

P

y

Sumbusistem

r1

r2

r∆

)sin( 111 tkrm ωψψ −=)sin( 222 tkrm ωψψ −=

L

1mψ

2mψmψ

1kr2krδ

δψψψψψ cos2 212

22

1 mmmmm ++=)( 1212 rrkkrkr −=−=δ

rrr ∆=−=λπ

λπδ 2)(2

12θsindr =∆

Double-Slit Interference (Young Interference)

Interferensi konstruktif terjadi jika:

πδ n2= L,2,1,0=nλθ nd =sin

πδλθ2

sin =dππλθ

22sin nd =

Interferensi destruktif terjadi jika:

πδ )12( += n L,2,1,0=n

λθ )21(sin += nd

ππλθ

2)12(sin +

=nd

Penentuan panjang gelombang denganinterferensi dua celah

Dari gambar diperoleh:

L

θtanLy =

S1

S2

dθ θ

P

y

Sumbusistem

r1

r2

r∆

:maka jika dL >>

θsinLy =

dnLynλ

=

nLdyn=λ

Contoh Soal:Celah ganda yang berjarak 0,100 mm berada 1,20 m dari layartampilan. Cahaya dengan panjang gelombang λ=500 nm jatuhpada celah dari sumber yang jauh. Berapa jarak antarinterferensi terang pertama dan kedua pada layar?

• Interferensi terang (konstruktif orde pertama n=1)

λθ nd =sin 34

9

1 1000,5m1000,1m)10500)(1(sin −

−

−

×=××

==dnλθ

Ini merupakan sudut kecil, sehingga :

radiansatuan dalam dengan , tansin 111 θθθθ ≈≈

Dengan demikian orde pertama akan muncul pada jarak:

mm 00,6)10m)(5,00 20,1( -311 =×== θLy

• Interferensi terang (konstruktif orde n=2)

mm 0,12212 ===

dLLy λθ

Jadi, jarak antara pusat maksimum interferensiterang adalah (y2-y1)=6,00 mm

y1

y2

Interferensi oleh Lapisan Tipis(Thin-Film Interference)

GejalaFisika

Model Kerja

Air (n=1)

Soap film (n>1)

Air (n=1)

Incident light

1800 Phase change

1800 00

00 Phase change

Reflected light

Transmitted light

Surface 1

Surface 2

t

Dari teori dan eksperimen elektro-magnetik, diperoleh:

1. Jika n1<n2, phase gelombang cahayabergeser 1800 pada proses pemantulan

2. Jika n1>n2, phase gelombang cahaya tidakbergeser pada proses pemantulan

Intereferensi destruktifterjadi ketika:

med2 λmt =Intereferensi konstruktifterjadi ketika:

med)21(2 λ+= mt

Panjang gelombang di medium dapat dinyatakan denganpanjang gelombang dalam vacuum, yaitu:

nc

nncv λ

υυυλ =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛==

11med

nmt λ

=2

nmt λ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

212

The sum of the phase changes caused by both reflections is equal to 00 or 3600

(Constructive)

The sum of the phase changes caused by both reflections is equal to 1800

(Destructive)

nmt λ

=2

nmt λ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

212

(Destructive)

(Constructive)

Contoh Soal:Gelembung sabun tampak hijau (λ=540 nm) di titikpermukaan depan paling dekat dengan pengamat. Berapaketebalan minimumnya? (anggap n=1,35)

Cahaya dipantulkan tegak lurus dari titik pada permukaan sferis yang paling dekat dengan pengamat. Perbedaan lintasan adalah 2t (t=ketebalan lapisan sabun). Cahaya yang dipantulkan dari permukaanpertama (lebih luar) mengalami perubahan fase ½ λ (indeks bias sabun lebih besar dari udara), sedangkan permukaan kedua (bagiandalam tidak. Sehingga cahaya hijau akan cerah ketika perbedaanlintasan minimum ½ λ , sehingga:

nt

22 λ= nm 100

)35,1)(4(nm) 540(

4===

nt λ

Contoh Soal:Berapa ketebalan pelapis optik MgF2 yang indeks biasnyan=1,38 dan dirancang untuk menghilangkan cahayaterpantul dengan panjang gelombang terpusat pada 550 nm pada saat jatuh normal pada kaca dengan n=1,50?

n=1,38n=1,50

sinar datang

sinar pantul

nm 6,99)38,1)(4(

nm) 550(4

===n

t λ

Difraksi (Diffraction)

Perilaku Partikel Perilaku Gelombang

Pola Difraksi

Difraksi (Diffraction)

Single Slit Diffraction Equation

Dλθ =sin (first minimum)

λθ mD =sin (m = 1, 2, 3, …… )

Contoh Soal: Maksimum dari difraksi celah tunggal. Cahayadengan panjang gelombang 750 nm melewati celah yang lebarnya 1,0x10-3 mm. Berapa lebar maksimum pusat (a) dalam derajat, dan (b) dalam sentimeter, pada layar yang jaraknya 20 cm?

75,0m 101m105,7sin 6

7

=××

== −

−

Dλθ

049 (a) =θ

cm 46)49cm)(tan 20(22 (b) 0 ==x

Diffraction Grating

Spektrum