Penjelasan mengenai Interferensi Cahaya

Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu gelombang baru. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat berikut ini.

1. Kedua gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bahwa kedua gelombang cahaya harus memiliki beda fase yang selalu tetap, oleh sebab itu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama.
2. Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitudo yang hampir sama.

1. Interferensi Celah Ganda

Fenomena interferensi cahaya ditunjukkan oleh percobaan yang dilakukan oleh Thomas Young. Berkas cahaya yang melalui celah S₁ dan S₂ berasal dari celah sempit S₀, tampak pada Gambar 1 berikut:

Gambar 1 : Diagram percobaan celah ganda Young.

Jika berkas cahaya melalui S₁ dan S₂ , maka celah tersebut ( S₁ dan S₂ ) akan berfungsi sebagai sumber cahaya baru dan menyebarkan sinarnya ke segala arah. Apabila cahaya dari celah S₁ dan S₂ berinterferensi , maka akan terbentuk suatu pola interferensi. Pola interferensi tersebut dapat ditangkap pada layar berupa pola garis terang dan gelap. Interferensi dapat terjadi karena adanya beda lintasan berkas cahaya dari S₁ dan S₂ . Jika jarak antara kedua celah (d), jauh lebih kecil daripada jarak celah terhadap layar, l (d << l ), maka beda lintasan pada titik sembarang P adalah S₂ P – S₁ P = d sin θ .

a) Interferensi Maksimum

Apabila dua gelombang bertemu, dan saling menguatkan, maka akan terjadi interferensi maksimum dan terbentuk pola garis terang. Pada celah ganda, interferensi ini akan terjadi apabila kedua gelombang memiliki fase yang sama (sefase), yaitu apabila keduanya berfrekuensi sama dan titik-titik yang bersesuaian berada pada tempat yang sama selama osilasi pada saat yang sama.

Jarak garis terang ke-n dari pusat terang dinyatakan dengan persamaan:

n . λ = d . sin θ

( 1 )

Karena l >> d, maka sudut θ sangat kecil, sehingga berlaku pendekatan

jadi persamaan ( 1 ) dapat dituliska menjadi :

( 2 )

Dengan :

p = jarak garis terang dari pusat terang

d = jarak kedua sumber

l = jarak layar ke sumber cahaya

λ = panjang gelombang

n = orde atau nomor terang (n = 0, 1, 2, ... .)

b) Interferensi Minimum

Interferensi maksimum terjadi jika dua gelombang bertemu dan saling menguatkan. Namun, jika dua gelombang tidak bertemu, dan akan saling meniadakan maka terjadi interferensi minimum, sehingga terbentuk pola garis gelap. Interferensi ini terjadi pada dua gelombang yang tidak sefase. Jarak garis gelap ke-n dari pusat terang adalah:

( 3 )

Bilangan n menyatakan orde atau nomor gelap, yang besarnya n = 1, 2, 3, ... . Untuk n = 1 disebut minimum orde ke-1.

Mengingat sin θ = , maka persamaan ( 3 ) menjadi:

( 4 )

dengan p adalah jarak gelap ke-n dari pusat terang.

Pada interferensi celah ganda, jarak dua garis terang yang berurutan sama dengan jarak dua garis gelap yang berurutan. Dengan mengunakan persamaan ( 2 ) diperoleh:

( 5 )

Untuk dua garis terang mapun dua garis gelap berurutan dapat dikatakan nilai Δn = 1 , sehingga jarak antara dua garis terang maupun jarak antara dua garis gelap berurutan dapat diperoleh dengan persamaan:

( 6 )

2. Interferensi pada Lapisan Tipis

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat fenomena yang ditimbulkan oleh interferensi cahaya. Sebagai contoh timbulnya garis-garis berwarna yang tampak pada lapisan tipis minyak tanah yang tumpah di permukaan air, warna-warni yang terlihat pada gelembung sabun yang mendapat sinar matahari, serta timbulnya warna-warni pada cakram padat (compact disc). Pola interferensi pada lapisan tipis dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu panjang lintasan optik dan perubahan fase sinar pantul.

Gambar 2 : Timbulnya warna-warni pada compact disc menunjukkan adanya interferensi.

Dari Gambar 2, sinar AB merupakan sinar monokromatik yang datang pada permukaan pelat tipis. Sebagian sinar AB dipantulkan oleh permukaan bidang batas udara dan pelat (sinar BE) dan sebagian lagi dibiaskan ke dalam medium pelat (sinar BC). Sinar BC dipantulkan oleh permukaan bidang batas pelat dan udara (sinar CD). Sinar CD dipantulkan oleh permukaan atas dan sebagian lagi dibiaskan keluar film (sinar DF). Sinar BE dan DF datang bersamaan di mata kita.

Sinar datang dengan sudut datang i pada lapisan tipis dengan ketebalan d dan indeks bias n, sehingga sinar mengalami pemantulan dan pembiasan dengan sudut bias r. Dengan mempertimbangkan kedua faktor di atas, dapat ditentukan syarat-syarat terjadinya interferensi berikut ini.

a) Syarat terjadinya interferensi maksimum (terang)

2n.d.cos r = (m – 1/2 ) λ ; m = 1, 2, 3, ...

( 7 )

b) Syarat terjadinya interferensi minimum (gelap)

2n.d.cos r = m λ ; m = 0, 1, 2, ....

( 8 )

3. Cincin Newton

Cincin Newton adalah pola interferensi yang terbentuk oleh sebuah lensa yang sedikit cembung yang diletakkan di atas sebuah keping gelas datar. Bila cahaya monokromatik dipantulkan oleh kedua permukaan yang berdekatan ke mata pengamat dengan sudut tertentu, titik singgung lensa akan terlihat sebagai sebuah lingkaran gelap dikelilingi sederet cincin terang dan gelap.

Pola interferensi cincin Newton ini terjadi jika cahaya dengan panjang gelombang λ , datang dari atas dengan arah tegak lurus. Jika R adalah jari-jari kelengkungan lensa dan r adalah jari-jari kelengkungan gelap dan terang hasil interferensi, maka akan terjadi hal-hal berikut ini.

1. Interferensi maksimum (lingkaran terang), jika:

r_t² = ( n – 1/2 )λ .R; n = 1, 2, 3, ....

( 9 )

dengan r_t adalah jari-jari lingkaran terang ke-n.

2. Interferensi minimum (lingkaran gelap), jika:

r_g² = n. λ .R; n = 0, 1, 2, ...

( 10 )

dengan r_g adalah jari-jari lingkaran gelap ke-n.