INTERFERENSI

INTERFERENSI

 

A.    Pengertian Interferensi

Interferensi cahaya merupakan interaksi dua atau lebih gelombang cahaya yang menghasilkan suatu radiasi yang menyimpang dari jumlah masing-masing komponen radiasi gelombangnya. Atau dapat dikatakan sebagai perpaduan dari dua gelombang cahaya yang datang bersama di suatu tempat.  Interferensi cahaya menghasilkan suatu pola interferensi (terang-gelap).[1]

Interferensi (interference) mengacu pada setiap situasi dimana dua atau lebih gelombang tumpang tindih dalam ruang. Bila ini terjadi, gelombang total di sembarang titik pada sembarang saat ditentukan oleh prinsip superposisi (principle of superposition).[2]

Efek interferensi paling mudah dilihat bila kita menggabungkan gelombang – gelombang sinusoidal dengan frekuensi tunggal f dan panjang gelombang λ. Dalam optika, gelombang sinusoidal adalah karakteristik dari cahaya monokromatik (cahaya tunggal).[3]

 

B.     Syarat – syarat interferensi

1.      Perbedaan dan Kehoresi fase

Apabila dua gelombang harmonik yang berfrekuensi dan panjang gelombang sama tetapi berbeda fase bergabung, gelombang yang dihasilkan merupakan gelombang harmonik yang amplitudonya tergantung pada perbedaan fasenya. Jika perbedaan fase 0 atau bilangan bulat kelipatan 360°, gelombang akan sefase dan berinterferensi secara saling menguatkan. Amplitudonya sama dengan penjumlahan amplitudo masing-masing, dan intensitasnya (yang sebanding dengan kuadrat amplitudo) akan maksimum.

 Jika perbedaan fasenya 180° (π radian) atau bilangan ganjil kali 180°, gelombangnya akan berbeda fase dan berinterferensi secara saling melemahkan. Amplitudo yang dihasilkan dengan demikian merupakan perbedaan amplitudo masing-masing, dan intesitasnya menjadi minimum. Jika amplitudonya sama, intensitas maksimum sama dengan 4 kali intensitas sumbernya dan intensitas minimum sama dengan nol.

Perbedaan fase antara dua gelombang sering disebabkan oleh perbedaan panjang lintasan yang ditempuh oleh kedua gelombang. Perbedaan lintasan satu panjang gelombang menghasilkan perbedaan fase 360°, yang ekuivalen dengan tidak ada perbedaan fase sama sekali. Perbedaan lintasan setengah panjang gelombang menghasilkan perbedaan fase 180°. Umumnya, perbedaan lintasan yang sama dengan ∆r menyumbang suatu perbedaan fase δ yang diberikan oleh:

δ = ∆r 2 π / λ = ∆r 360°/λ…..(1)

Interferensi gelombang dari dua sumber tidak teramati kecuali sumbernya koheren, yakni kecuali perbedaan fase diantara gelombang konstan terhadap waktu. Karena berkas cahaya pada umumnya adalah hasil dari jutaan atom yang memancar secara bebas, dua sumber cahaya bisanya tidak koheren. Memang, perbedaan fase antara gelombamg dari sumber demikian berfluktuasi secara acak beberapa kali perdetik. Koherensi dalam optik sering dicapai dengan membagi cahaya dari sumber tunggal menjadi dia berkas atau lebih, yang kemudian dapat digabungkan untuk menghasilkan pola interferensi.[4]

Analisa penurunan persamaan

dan

Intensitas untuk berkas-berkas cahaya koheren dapat diperoleh dengan (1) menjumlahkan ampitudo masing-masing gelombang secara vektor dengan memperhitungkan beda fase (konstan) didalamnya, dan kemudian (2) menguadratkan amplitudo resultannya; hasil ini sebanding dengan intensitas resultan. Sebaliknya, unntuk berkas-berkas yang sama sekali koheren, (1) masing-masing amplitudo dikuadratkan dahulu dan diperoleh besaran yang sebanding dengan intensitas masing-masing berkas, baru kemudian (2) intensitas masing-masing berkas dijumlahkan untuk memperoleh intensitas resultan.[5]

 

C.    Fenomena Interferensi

1.      Interferensi Celah Ganda

a)      Intensitas Dalam Percobaan Young.

Misal komponen listrik kdua gelombang dalam Gambar 2.1 dititik P berubah-ubah terhadap waktu menurut

dan 

 dengan 
dengan frekuensi sudut kedua gelombang dan ϕ adalah beda fase antara keduanya. Perlu diingat bahwa ϕ bergantung kepada letak titik P.[1]

Untuk suatu keadaan geometri tertentu letak titik ini ditentukan oleh sudut θ. Dianggap bahwa celah tersebut sangatlah sempit cahaya yang didifraksikan oleh masing-masing celah menerangi bagian tengah layar secara merata. Hal ini berati bahwa didekat bagian tengah layar tidak bergantung kepada posisi P, jadi tidak bergantung kepada sudut θ.

Resultan gangguan gelombang di P dapat diperoleh dari.

Yang dapat ditunjukan bahwa hasilnya adalah

                        dengan                                   

                        dan                                         

Amplitudo terbesar yang mungkin untuk , yaitu , sama ddengan dua kali amplitudo masing-masing gelombang
, yaitu bersesuaian dengan keadaan yang saling menguatkan sepenuhnya. Persamaan 15 perlu dikaji baik-baik; amplitudo gangguan gelombang resultan, yaitu , sangatlah bergantung kepada harga θ, yaitu letak titik P.

Intensitas gelombang I, mungkin dinyatakan dalam watt/meter², adalah sebanding dengan kuadrat dari amplitudo. Bila kita tunda dahulu konstanta perbandingannya, maka intensitas gelombang resultaan dapat dituliskan sebagai

Hubungan ini nampaknya cukup beralasan mengingat bahwa rapat energi medan listrik sebanding dengan kuadrat dari kuat medan listrik, yang berlaku baik untuk emdan listrik yang berubah dengan kuadrat dengan cepat, seperti dalam cahaya, maupn untuk medan statik.

Perbandingan intiensitas antara dua gelombang cahaya sama dengan perbandingan kuadrat amplitudo kuat medan listriknya. Jika adalah intensitas gelombang resultan dititik P dan adalah intensitas yang dihasilkan oleh sebuah gelombang saja, maka [7]

Gabungkan persamaan ini dengan persamaan

maka diperoleh

Jadi intensitas gelombang resultan dititik P berkisar antara nol (yaitu untuk titik yang memiliki, katakanlah, sampai dengan yang besarnya empat kali intensitas masing-masing gelombang, [yaitu untuk titik dengan, katakanlah, dapat dihitung fungsi θ.

Beda fase ϕ dalam persamaan berkaitan dengan lintasan S₁b dalam gambar 2.1 atau 4.1.a.

Gambar 4.1.a

 

Jika S₁b adalah akan sama dengan jika S₁b adalah λ, maka ϕ sama dengan dan seterusnya. Hal ini memberi petunjuk bahwa

Atau akhirnya, dengan menggunakan persamaan, diperoleh

Pernyataan untuk ini dapat disubstitusikan kedalam persamaan 18 untuk I_θ dinyatakan sebagai fungsi θ. Ada baiknya kita daftarkan kembali pernyataan untuk amplitudo dan intensitas dalam persoalan interferensi dengan dua celah ini, yaitu

Untuk memperoleh letak titik-titik dengan intensitas maksimum, kita ambil

Dalam persamaan . Dengan menggunakan persamaan         
, maka diperoleh [8]

Letak intensitas minimum dapat diperoleh dengan mengambil

Gambar 4.2.a menunjukan pola intensitas untuk interferensi dua celah

Gambar 4.2.a Pola intensitas untuk interferensi dua celah. Anak panah tabel pada puncak sentral menunjukkan setengah lebar puncak. Gambar ini dibentuk berdasarkan anggapan bahwa dua gelombang yang berinterferensi masing-masing menyinari bagian tengah layar secara merata, maksudnya, I₀ tidak bergantung kepada posisi ditunjukkan pada gambar.

Garis penuh mendatar menyatakan I₀, yang menggambarkan pola intensitas (yang merata) pada layar jika salah satu celah ditutup. Jika kedua sumber inkoheren, intensitas resultan pada layar akan merata sebesar 2I₀; lihat garis putus-putus meatar dalam Gambar 4.2.a. Untuk sumber-sumber yang koheren dapat diharapkan hanya terjadi penyusupan kembali penyebaran intensitas pada layar, karena energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan oleh proses interferensi. Jadi rata-ratadari intensitas pola interfernsi harus tetap 2I₀ seperti pada sumber inkoheren, hal ini tampak dengan mudah bila diingat bahwa I_m=4I₀ dan bahwa rata-rata dari cosinus kuadrat (atau sinus kuadrat) untuk tiap setengah putaran adalah setengah.[9]

2.      Interferensi Selaput Tipis

Warna-warni yang tampak pada gelembung sabun, lapisan tipis minyak dan selaput tipis lainnya adalah akibat adanya peristiwa interferensi. Gambar 4.2.1 memperlihatkan gejala interferensi pada selaput tipis air-sabun yang diletakkan vertikal dan disinari—oleh cahaya monokhroamatik.[10]

 Gambar 4.2.1

Gelombang cahaya di refleksikan dari permukaan – permukaan yang berlawanan dari film tipis seperti itu, dan interferensi konstruktif diantara kedua gelombang yang direfleksikan itu (dengan panjang lintasan yang berbeda) terjadi di tempat yang berbeda untuk panjang gelombang yang berbeda.

gambar 4.2.2

Gambar 4.2.2

 

Cahaya yang menyinari permukaan sebelah atas dari sebuah film tipis dengan tebal t sebagian direfleksikan di permukaan sebelah atas (lintasan abc). Cahaya yang di transmisikan melalui permukaan sebelah atas sebagian direfleksikan di permukaan sebelah bawah (lintasan abdef). Kedua gelombang yang di refleksikan itu berkumpul di titik P pada retina mata. Kedua gelombang itu dapat secara konstruktif atau secara destruktif, tergantung dari hubungan fasa itu. Warna – warna yang berbeda mempunyai panjang gelombang yang berbeda pula, sehingga interferensi itu dapat konstruktif untuk beberapa warna dan destruktif untuk warna lainnya. Bentuk – bentuk yang rumit dari cincin – cincin berwarna dalam gambar 4.2.3 dihasilkan dari perubahan ketebalan film minyak itu. Gambar 4.2.3

Gambar 4.2.4

Memperlihatkan dua pelat kaca yang dipisahkan oleh sebuah lapisan tipis, atau film udara. Dalam kasus tersebut kedua gelombang yang direfleksikan pada garis persentuhan itu berbeda fasa setengah sklus walaupun  kedua gelombang itu mempunyai panjang lintasan yang sama.

            Ternyata pergeseran fasa ini dapat diramalkan dari persamaan Maxwell dan sifat elektromagnetik dari cahaya. Misalnya sebuah gelombang cahaya dengan amplitudo medan listrik Ei berjalan dalam sebuah material optic dengan indeks refraksi n_a. Gelombang cahaya itu menumbuk, dalam arah masuk normal, sebuah antarmuka dengan material optis lain dengan indeks refraksi nb. Amplitudo Er dari gelombang yang direfleksikan dari antarmuka itu sebanding dengan amplitudo Ei dari gelombang yang masuk dan diberikan oleh,

 

       (arah masuk normal)

Hasil ini memperlihatkan bahwa amplitudo masuk dan amplitudo yang direfleksikan mempunyai tanda sama bila na lebih besar dari nb dan berlawanan tanda bila nb lebih besar dari na, kita dapat membedakan tiga kasus, seperti yang diperlihatkan dalam gambar 4.2.5.

Gambar 4.2.5

Untuk gelombang yang direfleksikan dari permukaan sebelah atas lapisan udara, na (kaca) lebih besar dari nb, sehingga gelombang ini mempunyai pergeseran fasa sebesar nol. Untuk gelombang yang direfleksikan dari permukaan sebelah bawah, na (udara) lebih kecil daripada nb (kaca), sehingga gelombang yang direfleksikan dari garis persentuhan tidak mempunyai selisih lintasan untuk memberikan pergeseran fasa tambahan dan gelombang – gelombang itu berinterferensi secara deskruktif.

            Jika film itu mempunyai tebal t, cahaya masuk dalam arah normal dan dengan panjang gelombang λ dalam film itu; jika tidak ada satu pun dari gelombang – gelombang itu atau jika kedua gelombang yang direfleksikan dari kedua permukaan itu mempunyai pergeseran fasa refleksi sebesar setengah siklus, maka syarat untuk interferensi konstruktif adalah:

2t = mλ (m = 0, 1, 2,…)

(refleksi konstruktif dari film tipis, tidak ada pergeseran fasa relative)

Akan tetapi,  bila satu dari kedua gelombang itu mempunyai pergeseran fasa refleksi sebesar setengah siklus, persamaan ini adalah syarat untuk interferensi destruktif.

Demikian juga, jika tidak satupun dari gelombang – gelombang atau jika keduanya mempunyai pergeseran fasa setengan siklus, maka syarat untuk interferensi destruktif dalam gelombang – gelombang yang direfleksikan itu adalah

                      

(refleksi destruktif dari film tipis, tidak ada pergeseran fasa relative)

Akan tetapi jika satu gelombang mempunyai pergeseran fasa setengah siklus, maka inilah syarat untuk interferensi konstruktif.[11]

 

3.      Cincin Newton

Jika permukaan cembung sebuah lensa diletakkan menempel di atas bidang datar sebuah pelat gelas, seperti dalam gambar 4.3.1, maka terbentuklah sebuah lapisan udara tipis antata kedua permukaan itu.

Gambar 4.3.1

Tebal lapisan udara ini sangat kecil di titik kontak antara lensa dan pelat gelas itu, makin keluar berangsur-angsur tebalnya bertambah. Tempat kedudukan titik-titik dengan tebal yang sama ialah lingkaran-lingkaran yang sepusat dengan titik kontak. Lapisan yang demikian dipergunakan untuk memperlihatkan warna-warna interferensi, yang dihasilkan dengan cara yang sama seperti warna-warna dalam lapisan tipis sabun. Pita-pita interferensi adalah berbentuk lingkaran, yang sepusat dengan titik kontak. Bila dilihat dari cahaya pantul. Pusat pola itu adalah hitam, seperti halnya lapisan tipis sabun. Dapat dicatat  bahwa dalam hal ini tidak ada pembalikan fase cahaya pantul dari permukaan lapisan atas. (Yang mempunyai index bias lebih kecil dari pada medium tpay cahaya itu merambat selebum dipantulkan), tapi fase gelombang yang dipantulkan dari permukaan bawah dibalikkan. Bila dilihat dari cahaya yang dihantarkan maka pusat pola adalah terang. Jika dipakai cahaya putih maka warna cahaya yang dipantulkan dari lapisan itu pada suatu titik adalah komponen terhadap warna yang diteruskan.[12]

 Warna – warna yang tampak dan dapat dilihat disebut cincin – cincin. Cincin – cincin ini telah dipelajari oleh Newton dan dinamakan cincin Newton.  Bila memandang susunan itu melalui cahaya yang direfleksikan, maka pusat pola itu kelihatan berwarna hitam.

Gambar 4.3.1 adalah sebuah potret  yang dibuat selama pengasahan sebuah lensa objektif teleskop. Cakram yang lebih tebal disebelah bawah yang berdiameter lebih besar, adalah cakram induk yang dibentuk secara benar, dan cakram yang lebih kecil di sebelah atas adalah lensa yang sedang di uji. “garis = garis bentuk (counter line)” itu adalah pita – pita interferensi Newton; setiap pita itu menunjukkan sebuah jarak tambahan diantara bahan contoh dan induk  sebesar setengah panjang gelombang. Pada 10 garis dari noda pusat, jarak antara kedua permukaan itu adalah 5 panjang gelombang, atau kira – kira 0,003 mm. Ini belum dikatakan sangat baik; lensa berkualitas tinggi diasah secara rutin dengan ketelitian sebesar kurang dari satu panjang gelombang.[13]

 

 

 

DARTAR PUSTAKA

 

 

Haliday, David.1978. Fisika Edisi ke 3 Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

Hugh D. Young dan Roger A. Freedman. 2004. Fisika Universitas edisi kesepuluh jilid 2. Jakarta

Sears, Francis Weaston dan Mark W zemanasky. 1962. Fisika untuk Universitas III”. Jakarta: Binacipta

http://phys.unpad.ac.id/wp-content/uploads/2009/03/BAB4-INTERFERENSI-CAHAYA.pdf

 

---

[1] http://phys.unpad.ac.id/wp-content/uploads/2009/03/BAB4-INTERFERENSI-CAHAYA.pdf

[2] Hugh D. Young dan Roger A. Freedman. 2004.  Fisika Universitas edisi kesepuluh jilid 2. Jakarta. Hal 587

[3] Hugh D. Young dan Roger A. Freedman. 2004 Fisika Universitas edisi kesepuluh jilid 2. Jakarta.. Hal 588

[4] Sears, Francis Weaston dan Mark W zemanasky. 1962 Fisika untuk Universitas III”. Jakarta.. Hal 859-863

[5] David Haliday.1978. Fisika Edisi ke 3 Jilid 2. Penerbit: Erlangga. Jakarta. hal:695

[6]David Haliday.1978. Fisika Edisi ke 3 Jilid 2. Penerbit: Erlangga. Jakarta. hal:699