Preparation of Papers in Two

Edi Prasetyo / Pembuatan dan Pengujian Spektrometer Cahaya Dengan Metode Celah Banyak Berbasis Komputer
Pembuatan dan Pengujian Spektrometer Cahaya Dengan Metode Celah
Banyak Berbasis Komputer
Edi Prasetyo, Ika Dedy Setiyadi, Ahmad Marzuki*, Ary Setyawan
Laboratorium Optik dan Photonik Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
Jl. Ir. Sutami No 36A Surakarta
*[email protected]
Abstrak – Spektrometer adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengukur spektrum cahaya. Tujuan dari penelitian ini
adalah membangun spektrometer digital yang terkontrol oleh komputer untuk mengukur spektrum cahaya dari sebuah sumber.
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan Mikrokontroler Atmega8535, program LabVIEW 2013 dan celah banyak yang
mempunyai 200 celah/mm. Cahaya sumber yang digunakan dalam pengujian alat ini adalah Laser HeNe dan Ligth Emitting
Diode (LED) warna putih. Teknik pengukuran intensitas cahaya yang keluar dari celah banyak dilakukan dengan
menggerakkan sensor cahaya Light Dependent Resistor (LDR) tipe low resitifitif dari sudut 0o hingga 180o. Data pengukuran
setiap sudut kemudian diolah sehingga dapat menghasilkan grafik spektrum cahaya. Hasil analisis terhadap pengukuran
cahaya yang keluar dari Laser HeNe dapat diperoleh nilai puncak λ = (631,17±2,00) nm. Sedangkan untuk LED diperoleh
dua puncak yaitu λ1 = (460,62±2,00) nm dan λ2 = (566,57±3,00) nm. Hasil ini bersesuian dengan hasil dari literatur.
Kata kunci: Spektrometer digital, celah banyak, LABVIEW, Laser He-Ne, LED putih.
Abstract – Spectrometer is one of the tools used to measure the light spectrum. The purpose of this research is to build a
controlled digital spectrometer by computer to measure the light spectrum from a source . This research used Microcontroller
ATmega8535, LABVIEW 2013 program and uses a multislit which has 200 slit/mm. The light source used in the experimentl is
HeNe laser and white Ligth Emitting Diode (LED). The technique measurements of the emitted light intensity from multislit by
moving the light sensor Light Dependent Resistor (LDR) low type resitifitif from 00 untill 1800. Measurement data each angle
processed and the result show by graph of light’s spectrum. The result of analysis of the measurements of emitted light from
HeNe laser can be obtained peak value λ = ( 631.17 ± 2.00 ) nm . Then, for LED obtained two peaks, that is λ1 = ( 460.62 ±
2.00 ) nm and λ2 = ( 566.57 ± 3.00 ) nm . These results compatible with results from the literature.
Key words: Digital spectrometer, multislit, LabVIEW, He-Ne laser, white LED .
I. PENDAHULUAN
Spektrometer cahaya adalah suatu alat yang digunakan
untuk mengukur panjang gelombang maupun spektrum
panjang gelombang cahaya. Spektrometer cahaya banyak
diaplikasikan dalam berbagai bidang, khususnya bidang
fisika seperti digunakan untuk mengukur panjang
gelombang cahaya emisi dari suatu atom. Selain itu,
Spektrometer merupakan salah satu peralatan standart
laboratorium optik. Melihat begitu luasnya pemanfaatan
spektrometer, maka penelitian ini mulai membangun dari
awal spektrometer digital yang dapat digunakan untuk
mengukur spektrum panjang gelombang suatu sumber.
Pengukuran spektrum cahaya tampak dapat dilakukan
dengan berbagai metode, misalnya metode Interferometer
Michelson untuk menentukan panjang gelombang laser HeNe, metode interferensi pada lapisan tipis dengan cara
memadukan gelombang pantul dari permukaan tipis, dan
Interferometer Young menggunakan cermin Lioyd untuk
mengukur panjang gelombang laser dioda. Namun, pola
interferensi yang dihasilkan dengan metode ini terutama
pada sumber polikromatis masih belum optimal. Efek
interferensi pada gelombang cahaya tampak tidak mudah
diamati karena panjang gelombang cahaya tampak sekitar
400 nm sampai 700 nm. Untuk dapat mengamati interferensi
cahaya dengan metode tersebut kondisi dari gelombang
cahaya harus koheren dan monokromatis [3].
Celah banyak dapat digunakan untuk mengukur panjang
gelombang suatu sumber cahaya. Interferensi cahaya celah
banyak ditandai dengan munculnya pola gelap terang yang
melewati celah karena terjadinya proses difraksi cahaya.
Pola gelap terang yang terbentuk dapat menunjukkan
spektrum cahaya yang melewati celah banyak. Dengan
metode ini, dapat diperoleh pola interferensi cahaya
polikromatis sehingga dapat mengukur panjang gelombang
cahaya tampak.
Komputer digunakan sebagai pengontrol sistem dan
penampil data hasil pengukuran dari program yang dibuat
dengan software LabVIEW. LabVIEW merupakan software
yang khusus digunakan untuk memproses data, visualisasi
data dalam bidang kendali dan instrumentasi, serta
otomatisasi [2]. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat
spektrometer digital dengan pengujian sumber cahaya
monokromatis laser HeNe dan cahaya polikromatis dari
Ligth Emitting Diode (LED) putih.
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823
Edi Prasetyo / Pembuatan dan Pengujian Spektrometer Cahaya Dengan Metode Celah Banyak Berbasis Komputer
II. METODE PENELITIAN
Rancang bangun spektrometer dibagi dalam dua bagian
utama yaitu pembuatan perangkat keras dan perangkat
lunak. Perangkat keras terdiri dari celah banyak, sistem
sensor cahaya, sistem penggerak, dan sistem kontrol. Celah
banyak yang dipakai adalah tipe 200 celah/mm dan disusun
dengan lensa cembung yang berguna untuk memfokuskan
cahaya. Alat ini dirancang untuk megukur spektrum cahaya
menggunakan fiber optik, sehingga diberi tambahan
micropositioner sebagai tempat fiber optik (gambar.1).
Gambar 3. Sistem minimum Atmega8535
Gambar 1. Skema spektrometer dengan menggunakan fiber
optic
Sensor cahaya yang digunakan adalah Light Dependent
Resistor (LDR) tipe low resistivity. Sensor dirangkai
mengikuti Hukum Kirchoff tentang pembagi tengangan
(Gambar 2).
vcc
Perangkat lunak dibuat dengan menggunakan software
LabVIEW 2013. Data pengukuran panjang gelombang
diambil dengan sudut pergeseran 0,20 yang bergerak mulai
sudut 00 hingga sudut 1800. LDR mengukur intensitas
cahaya dalam bentuk tegangan dan diperoleh data pola gelap
interferensi. Untuk menentukan panjang gelombang
digunakan persamaan (1).
M λ = d sin θ,
(1)
Dimana:
M
= terang ke (....-2, -1, 0, 1, 2,...)
λ
= panjang gelombang (nm)
d
= lebar celah (m)
θ
= sudut pola interferensi terhadap terang pusat (o)
Persamaan di atas dimasukkan ke dalam perangkat lunak
sebagai
algoritma
pemrograman,
sehingga
dapat
menampilkan grafik spektrum panjang gelombang secara
langsung. Nilai terang (M) yang digunakan untuk mengukur
panjang gelombang secara langsung adalah M ± 2, karena
pada M ± 2 spektrum cahaya lebih terurai dibandingkan M ±
1. Skema pemrograman dan tampilan program ditunjukkan
pada Gambar 4 dan 5.
Pin ADC
Gambar 2. Rangkaian detektor cahaya.
Sistem penggerak digunakan untuk menggerakkan sensor
cahaya yang berfungsi untuk mendeteksi sudut dan
intensitas pola interferensi yang dihasilkan celah banyak.
Motor penggerak yang diggunakan adalah motor servo HS
311. Pada penelitian ini motor digerakkan menggunakan
sistem kontrol dengan sudut pergeseran 0,2o. Sistem kontrol
berfungsi untuk mengendalikan motor servo dan komunikasi
dengan komputer. Sistem kontrol yang digunakan adalah
Atmega8535 yang dirangkai dalam sistem minimum
(Gambar 3).
Gambar 4. Diagram pemrograman dengan LabVIEW.
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823
Edi Prasetyo / Pembuatan dan Pengujian Spektrometer Cahaya Dengan Metode Celah Banyak Berbasis Komputer
Dilihat dari lebar spektrum, laser HeNe mempunyai lebar
spektrum yang lebih sempit. Pengukuran menggunakan alat
ini menghasilkan spektrum yang sangat lebar, sehingga
belum memiliki resolusi tinggi untuk mengukur spektrum
laser HeNe atau cahaya dengan spektrum yang sempit.
Hasil Pengujian Cahaya Polikromatis
Pengujian kedua menggunakan cahaya polikromatis dari
LED warna putih. Pengukuran dilakukan dengan
menggunakan fiber optik berjenis Plastic Optical Fiber
(POF). Fiber optik digunakan untuk menghindari pendaran
cahaya LED terhadap sensor LDR yang akan mengganggu
proses pengukuran. Sumber cahaya diletakkan di dalam
kotak hitam dan cahaya LED disalurkan melalui fiber optik.
Hasil pengukuran spektrum LED putih diperlihatkan pada
Gambar 8.
Gambar 5. Tampilan hasil pemrograman labview
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengujian Cahaya Monokromatis
Gambar 6 merupakan hasil pengukuran spektrum panjang
gelombang laser HeNe dengan menggunakan spektrometer
digital. Pengukuran dilakukan sebanyak enam kali.
Gambar 8. Hasil pengukuran spektrum panjang gelombang
cahaya LED putih
Gambar 6. Spektrum panjang gelombang laser HeNe dengan
menggunakan spektrometer
Dari data tersebut didapatkan puncak panjang gelombang
Laser HeNe rata rata adalah 631,17 nm dengan nilai
ketidakpastian sebesar 2,00 nm. Nilai panjang gelombang
laser HeNe berdasarkan literatur adalah 632,8 nm, sehingga
pengukuran dengan alat ini mempunyai selisih panjang
gelombang 1,63 nm. Gambar 7 menunjukkan spektrum laser
HeNe dari literatur
Gambar 8 menunjukkan spektrum panjang gelombang
cahaya LED putih pada enam kali pengukuran. Dari hasil
pengukuran, spektrum LED warna putih mempunyai
panjang gelombang dari 420 nm sampai 750 nm dan
mempunyai dua puncak utama. Puncak pertama terdapat
pada spektrum warna biru yang mempunyai panjang
gelombang rata-rata 460,62 nm dengan ketidakpastian
sebesar 2,00 nm. Puncak kedua terdapat pada spektrum
warna kuning yang mempunyai panjang gelombang rata-rata
566,57 nm dengan ketidakpastian sebesar 3,00 nm
Led putih terbentuk dari struktur bahan InGaN-GaN dan
phosphor yang berwarna kekuning-kuningan dengan
spektrum panjang gelombang antara 420-700 nm. Material
InGaN-GaN akan memancarkan warna biru dengan panjang
gelombang antara 450 nm – 470 nm. Disini GaN sebagai
dasar substrat, InGaN sebagai layer aktif, kemudian kedua
meterial ini diberi penutup (cover) dengan coating phosphor
kekuning-kuningan. Pada saat chip led memancarkan warna
biru, kristal pada cover led akan terstimulasi sehingga
membentuk perpaduan warna biru dan kuning. Hasil dari
perpaduan ini akan tampak sebagai warna putih. Spektrum
LED putih berdasarkan literatur ditunjukkan pada gambar 9.
Gambar 7. Spektrum panjang gelombang Laser HeNe [9]
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823
Edi Prasetyo / Pembuatan dan Pengujian Spektrometer Cahaya Dengan Metode Celah Banyak Berbasis Komputer
putih didapatkan dua puncak panjang gelombang, yaitu
panjang gelombang λ1 = (460,62±2,00) nm dan λ2 =
(566,57±3,00) nm.
PUSTAKA
[1]
Gambar 9. Spektrum panjang gelombang LED putih [10]
Apabila dibandingkan dengan literatur, pengukuran LED
putih dengan spektrometer ini sudah mendekati hasil yang
sebenarnya dilihat dari lebar spektrum dan nilai puncak
panjang gelombang.
IV. KESIMPULAN
Penelitian ini telah berhasil membangun sebuah prototype
spektrometer digital berbasis komputer menggunakan celah
banyak. Performance alat diuji dengan cara membandingkan
antara hasil pengukuran oleh alat yang didesain di
labolatorium dengan hasil pengukuran dari literatur untuk
sumber cahaya laser HeNe dan LED warna putih. Hasil
pengujian Laser HeNe diperoleh panjang gelombang sebesar
λ = (631,17±2,00) nm dan pengujian cahaya LED warna
Agfianto.E,Teknik Antar Muka Komputer,yogyakarta:Graha
ilmu,2002.
[2] Artanto.Dian,Interaksi Arduino dan Labview, PT Elex Media
Komputindo,2012.
[3] Beiser.A, Concepts of Modern Physics (3 ed),new york:
McGraw-Hill International Book,1981
[4] Idjermanov. S, Iordanova, Koleva, Spectrograph coupled
with CCD module for high resolution spectroscopy
measurement, journal of physics 63, IOP phublishing.
[5] Griffis. T. Baker. J, Sargent. S, Tanner. B, Zhang. J,
Measuring field-scale isotopic CO2 fluxes with tunable diode
laser absorption spectroscopy and micrometeorological
techniques, Elsevier Agricultural and Forest Meteorology
124, 2004, pp.15-29.
[6] Sugito. H,Wahyu. S, Sofjan. K, Siti. M, Pengukuran panjang
gelombang sumber cahaya berdasarkan pola interferensi
celah banyak,Berkala fisika. vol.8. 2005, pp. 37-44.
[7] Fakhri, M Yusuf.(2012). Sistem Pengukur Pergeseran
Cermin
Pada
Interferometer
Michelson
Berbasis
Mikrokontroler. skripsi. Departemen Fisika Fakultas
Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Indonesia
[8] Pedrotti.F.L,Introduction To Optics,New Jersey: PrenticeHall,1993
[9] Willet C. S, An Introduction to Gas Lasers, Pergamon Press
1974
[10] Fred Schubert E. Light-emitting diodes, Cambridge
University Press, 2006
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823