Laporan Interferometer Michelson

PERCOBAAN II
INTERFEROMETER MICHELSON
A. Judul Percobaan
Judul percobaan ini adalah “ Interferometer Michelson”
B. Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah:
1. Mengamati perubahan gambar interferensi.
2. Mengukur panjang gelombang laser He-Ne.
C. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan adalah:
1. Landasan dasar interferometer
2. Layar tembus cahaya
3. He-Ne laser
4. Tingkap
5. Cermin datar
6. Lensa f = 50 mm
D. Dasar Teori
Fenomena interferensi selalu berkaitan dengan teori gelombang cahaya. Pada hakekatnya
cahaya mempunyai besaran amplitudo, panjang gelombang, fase serta kecepatan. Apabila
cahaya melewati sebuah medium maka kecepatannya akan menglami perubahan. Jika
perubahan tersebut diukur, maka dapat diperoleh informasi tentang keadaan objek / medium
yang bersangkutan missal 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, antara lain dengan interferometer
Michelson, interferometer Fabry Perol dan interferometer Twymen Green. Interferometer
yang dikembangkan oleh A.A Michelson pada tahun 1881 menggunakan prinsip membagi
amplitude gelombang cahaya menjadi dua bagian yang beridentitas sama.
Dalam penelitian ini dapat menambah wawasan mengenai fenomena fisis dari interferensi
dan prinsip kerja interferometer Michelson. Sebagai kalibrasi alat optis dan sebagai dasar
dalam pembuatan spectrometer. Untuk aplikasi lebih lanjut dapat diterapkan pada teknologi
film topis.
Di penelitian ini yang diamati adalah perubahan pola dan jumlah frinji (pola gelap terang)
interferensi pada interferometer Michelson, sehingga dari perubahan pada frinji tersebut
dapat dihitung nilai panjang gelombang laser dioda merah dan laser dioda hijau.
Interferensi dan difraksi merupakan fenomena penting yang membedakan gelombang
dari partikel. Interferensi adalah penggabungan secara superposisi dua gelombang atau lebih
yang bertemu dalam satu titik di ruang. Sedangkan difraksi adalah pembelokan gelombang
disekitar sudut yang terjadi apabila sebagian muka gelombang dipotong oleh halangan atau
rintangan.
Apabila dua gelombang yang berfrekuensi dan berpanjang gelombang sama tetapi
berbeda fase bergabung, maka gelombang yang dihasilkan merupakan gelombang yang
amplitudonya tergantung pada perbedaan fasenya. Jika perbedaan fasenya 0 atau bilangan
bulat kelipatan 360֠, maka gelombang akan sefase dan berinterferensi secara saling
menguatkan (interferensi konstruktif). Sedangkan amplitudonya sama dengan penjumlahan
amplitude masing-masing gelombang. Jika perbedaan fasenya 180֠ atau bilangan ganjil kali
180֠, maka gelombang yang dihasilkan akan berbeda fase dan berinterferensi secara saling
melemahkan (interferensi destruktif). Amplitude yang dihasilkan merupakan perbedaan
amplitude masing-masing gelombang.
Perbedaan fase antara dua gelombang sering disebabkan oleh adanya perbedaan panjang
lintasan yang ditempuh oleh kedua gelmbang. Perbedaan panjang gelombang satu gelombang
menghasilkan perbedaan fase 360֠, yang ekivalen dengan tidak ada perbedaan fase sama
sekali. Perbedaan lintasan setengah panjang gelombang menghasilkan perbedaan fase 180֠.
Umumnya, perbedaan lintasan yang sama dengan Δd menyumbang suatu perbedaan fase δ
yang diberikan oleh:
δ =
∆𝑑
𝜆
zπ=
∆𝑑
𝜆
360֠
Interferensi gelombang dari dua sumber teramati kecuali sumbernya koheren, atau
perbedaan fase diantara gelombang konstan terhadap waktu. Karena berkas cahaya pada
umumnya adalah hasil dari jutaan atom yang memancar secara bebas, dua sumber cahaya
biasanya tidak koheren.
Koherensi dalam optika sering dicapai dengan membagi cahaya dari sumber tunggal
menjadi dua berkas atau lebih, yang kemudian dapat digabungkan untuk menghasilkan pola
interferensi. Pembagian ini dapat dicapai dengan memantulkan cahaya dari dua permukaan
yang terpisah.
Suatu alat yang dirancang untuk menghasilkan pola interferensi dari perbedaan panjang
lintasan disebut interferometer optic. Interferometer dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu
interferometer pembagi muka gelombang dan interferometer pembagi amplitude. Pada
pembagi muka gelombang, muka gelombang pada berkas cahaya pertama dibagi menjadi
dua, sehingga menghasilkan dua buag berkas sinar baru yang koheren, dan ketika jatuh
dilayar akan membentuk pola interferensi yang berwujud garis gelap terang berselang seling.
Di tempat garis terang, gelombang-gelombang dari kedua celah sefase sewaktu tiba ditempat
tersebut. Sebaliknya ditempat garis gelap, gelombang-gelombang dari kedua celah
berlawanan fase sewaktu tiba ditempat tersebut.
Untuk pembagi amplitudo, diumpamakan sebuah gelombang cahaya jatuh pada suatu
lempeng kaca yang tipis. Sebagian dari gelombang akan diteruskan dan sebagian lainnya
akan dipantulkan. Kedua gelombang tersebut tentu saja mempunyai amplitudo yang lebih
kecil dari gelombang sebelumnya. Ini dapat dikatakan bahwa amplitude telah terbagi. Jika
dua gelombang tersebut bias disatukan kembali pada sebuah layar maka akan dihasilkan pola
interferensi.
Interferometer Michelson merupakan seperangkat peralatan yang memfaatkan gejala
interferensi. Prinsip interferensi adalah kenyataan bahwa beda lintasan optik (d) akan
membentuk suatu frinji.
Pengukuran jarak yang tepat dapat diperoleh dengan menggerakkan cermin pada
interferometer Michelson dan menghitung frinji interferensi yang bergerak atau berpindah,
dengan acuan suatu titik pusat. Sehingga diperoleh jarak pergeseran yang berhubungan
dengan perubahan frinji, sebesar:
Δd =
∆𝑁 𝜆
𝑍
Dengan Δd adalah perubahan lintaan optis, λ adalah nilai panjang gelombang sumber
cahaya dan ΔN adalah perubahan jumlah frinji (Phywe, 2006). Tidak ditemukan bahwa zat
mampat (zat padat dan zat cair) pada setiap temperature memancarkan radiasi dengan
berbagai panjang gelombang.
E. Prosedur Percobaan
Adapun prosedur percobaan adalah sebagai berikut:
1. Menyusun seperti gambar berikut.
2. Menghidupkan laser dan fokuskan pada layar menjadi satu bayangan (satu titik).
3. Mengatur tingkap agar kedua sinar dari cemin masuk melalui tingkap sehingga pada layar
terlihat pola gelap terang pada layar.
4. Memutar tombol pada roda secara perlahan-lahan satu akli atau beberapa kali (bias
sampai 6 putaran) dengan meletakkan jari-jari pada tuas yang tepat dan sekaligus
menghitung intensitas maksimum atau minimum yang muncul dan menghilang ditengahtengah gambar interferensi.
F. Data Percobaan
Tabel Hasil Percbaan pada Interferometer Michelson
No.
Pergeseran Perputaran (Δl/mm)
Jumlah Perputaran Intensitas (Z)
1.
5 x 10-3
17
2.
10 x 10-3
34
3.
15 x 10-3
49
4.
20 x 10-3
65
5.
25 x 10-3
80
Panjang gelombang laser 632,8 nm
Hasil perhitungan:
a) λ1. Z1 = 2.Δl1
λ1 =
2 𝛥𝑙1
𝑍1
=
2.(5 𝑥 10−ᶟ)
17
= 0.588 x 10-3 mm = 588 nm
b) λ2. Z2 = 2.Δl2
λ2 =
2 𝛥𝑙2
𝑍2
=
2.(10 𝑥 10−ᶟ)
34
= 0.588 x 10-3 mm = 588 nm
c) λ3. Z3 = 2.Δl3
λ3 =
2 𝛥𝑙3
𝑍3
=
2.(15 𝑥 10−ᶟ)
49
= 0.612 x 10-3 mm = 612 nm
d) λ4. Z4 = 2.Δl4
λ4 =
2 𝛥𝑙4
𝑍4
=
2.(20 𝑥 10−ᶟ)
65
= 0.615 x 10-3 mm = 615 nm
e) λ5. Z5 = 2.Δl5
λ5 =
2 𝛥𝑙5
𝑍5
=
2.(25 𝑥 10−ᶟ)
80
= 0.625 x 10-3 mm = 625 nm
Tabel 2. Data Hasil Perhitungan
ΔL (mm)
Z
λ(nm)
1.
5 x 10-3
17
588
2.
10 x 10-3
34
588
3.
15 x 10-3
49
612
4.
20 x 10-3
65
615
5.
25 x 10-3
80
625
No.
G. Grafik Hubungan
jumlah putaran intensitas (Z)
90
80
70
60
50
jumlah putaran intensitas
(Z)
40
30
20
10
0
0
2
4
6
H. Pembahasan
Percobaan kali ini ialah percobaan tentang Interferometer Michelson. Dalam percobaan
ini, praktikan mengalami kesulitan dalam mengkalibrasi, sinar laser harus tepat mengenai
dinding dan berbentuk setengah gelombang.
Pada percobaan ini, kami praktikan mengambil data sebanyak 5 data terhadap 1 putaran,
2 putaran, 3putaran, 4 putaran dan 5 putaran. Dari 5 data yang diambil, dapat diketahui
bahwa jumlah pergeseran pertukaran intensitas gelap terangnya simetris yakni ketika 1
putaran menghasilkan 17 putaran intensitas (z), kemudian 2 putaran menghasilkan 34 putaran
intensitas (z), selanjutnya 3 putaran menghasilkan 49 putaran intensitas (z), berikutnya 4
putaran menghasilkan 65 putaran intensitas (z) dan yang terakhir 5 putaran menghasilkan 80
putaran intensitas (z). Dari perhitungan dihasilkan untuk panjang gelombang λ1 = 588 nm, λ2
= 588 nm, λ3 = 612 nm, λ4 = 615 dan λ5 = 625. Sehingga semakin banyak jumlah putaran
intensitas (z) maka panjang gelombang (λ) juga semakin besar.
I. Pertanyaan
1. Konsep apa yang dapat anda jelaskan tentang percobaan ini.
Jawab:
Fenomena interferensi selalu berkaitan dengan teori gelombang cahaya. Pada
hakekatnya cahaya mempunyai besaran amplitudo, panjang gelombang, fase serta
kecepatan. Apabila cahaya melewati sebuah medium maka kecepatannya akan menglami
perubahan. Jika perubahan tersebut diukur, maka dapat diperoleh informasi tentang
keadaan objek / medium yang bersangkutan missal 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, antara lain dengan
interferometer Michelson, interferometer Fabry Perol dan interferometer Twymen Green.
Interferometer yang dikembangkan oleh A.A Michelson pada tahun 1881 menggunakan
prinsip membagi amplitude gelombang cahaya menjadi dua bagian yang beridentitas
sama.
2. Bandingkan hasil yang anda peroleh dengan panjang gelombang laser He-Ne pada
literature, jika terdapat perbedaan apa yang menyebabkan, jelaskan.
Jawab:
Perbandingan panjang gelombang laser He-Ne pada literature dengan panjang gelombang
laser He-Ne pada saat percobaan :
Panjang gelombang pada literature: λ = 632,8 nm
Panjang gelombang saat percobaan: λ1 = 588 nm; λ2 = 588 nm; λ3 = 612 nm; λ4 = 615
nm; λ5 = 626 nm.
Dari perbandingan diatas terdapat perbedaan antara panjang gelombang laser He-Ne di
literature dengan pada saat melakukan percobaan, dimana perbedaan nilai panjang
gelombangnya hanya selisih sedikit.
Perbedaan ini mungkin disebabkan pada saat mengkalibrasi untuk menyatukan cahaya
yang terbagi menjadi dua supaya menyatu (satu titik cahaya saja) itu tidak tepat, dan bisa
juga disebabkan karena pada saat melihat dan menghitung pola gelap terangnya tidak
teliti, sehingga menyebabkan perbedaan panjang gelombang yang bervariasi nilainya dan
terdapat selisih sedikit dengan panjang gelombang yang di literature.
J. Kesimpulan dan Saran
a. Kesimpulan
Kesimpulan dari percobaan ini adalah:
1. Hasil pengamatan pada Δl adalah berturut-turut 5 x 10-3 mm, 10 x10-3 mm,
15 x10-3 mm, 20 x10-3 mm, dan 25 x 10-3 mm.
2. Hasil perhitungan pada panjang gelombang adalah λ1 = 588 nm, λ2 = 588 nm,
λ3 = 612 n, λ4 = 615 nm dan λ5 = 625 nm.
3. Setiap pergeseran selalu melibatkan pola gelap dan terangnya.
b. Saran
Disarankan untuk lebih teliti dalam mengkalibrasi dan menghitung pola gelap terangnya
dan juga harus lebih sabar.