1. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
1
LAPORAN PRAKTIKUM
Nama/NPM : Nila Ulya/1206258452
Fak/Progam Studi : MIPA/Fisika
Group : B6
Kawan Kerja :
1. Hesni Adila Shabrany
2. Adirtya Kritianto
3. Rika Anggreini H.
4. Asriza
5. Husein Abdullah
6. Alvia Sindi
7. Edo Guruh Prayogo
No dan Nama Percobaan : OR01 dan Pengukuran Panjang Gelombang Laser
Minggu Percobaan : Pekan 1
Tanggal Percobaan : Senin, 16 September 2013
Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar
(UPP-IPD)
Universitas Indonesia
2. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
2
Pengukuran Panjang Gelombang Laser
I. Tujuan
Mengukur panjang gelombang sinar laser dengan menggunakan kisi difraksi
II. Alat
1. Piranti laser dan catu daya
2. Piranti pemilih otomatis kisi difraksi (50 slit/ 1mm)
3. Piranti scaner beserta detektor fotodioda
4. Camcorder
5. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. Teori
Di dalam suatu medium yang sama, gelombang merambat lurus. Oleh
karena itu, gelombang lurus akan merambat ke seluruh medium dalam bentuk
gelombang lurus juga. Hal ini tidak berlaku bila pada medium diberi
penghalang atau rintangan berupa celah. Untuk ukuran celah yang tepat,
gelombang yang datang dapat melentur setelah melalui celah tersebut.
Lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah
dinamakan difraksi gelombang.
Jika penghalang celah yang diberikan oleh lebar, maka difraksi tidak
begitu jelas terlihat. Muka gelombang yang melalui celah hanya melentur di
bagian tepi celah, seperti ditunjukkan pada gambar 1.23. Jika penghalang
celah sempit, yaitu berukuran dekat dengan orde panjang gelombang, maka
difraksi gelombang sangat jelas. Celah bertindak sebagai sumber gelombang
berupa titik, dan muka gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk
lingkaran-lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya seperti
ditunjukkan pada gambar 1.22.
3. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
3
Gambar 1.22 Pada celah lebar, hanya muka
gelombang pada tepi celah saja melengkung
Gambar 1.23 Pada celah sempit, difraksi
gelombang tampak jelas.
Kisi difraksi atau dapat pula disebut kisi interferensi terdiri dari
banyak kisi paralel yang dapat mentransmisikan berkas cahaya melewati kisi-
kisinya. Kisi seperti ini disebut pula sebagai kisi transmisi. Jika kisi difraksi
disinari dengan berkas cahaya paralel maka sinar-sinar yang ditransmisikan
oleh kisi dapat berinteferensi. Sinar-sinar yang tidak mengalami deviasi ( θ =
0º) berinterferensi konstruktif menghasilkan berkas yang tajam
(maksimum/puncak) pada pusat layar. Interferensi konstruktif juga terjadi
pada sudut θ ketika sinar-sinar mempunyai selisih panjang lintasan Δl = mλ,
dimana m merupakan bilangan bulat. Kisi umumnya mempunyai goresan
mencapai 5000 goresan per centimeter. Sehingga jarak antara dua celah
sangat kecil yaitu sekitar d = 1/5000 = 20000 A. Jadi jika jarak antar kisi
adalah d (Gbr.1.) maka Δl = d sin θ, sehingga:
(1)
dengan m = 1, 2, 3, ...
4. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
4
Gambar.1. Diagram difraksi pada kisi difraksi
Jika muka gelombang bidang tiba pada suatu celah sempit (lebarnya
lebih kecil dari panjang gelombang), maka gelombang ini akan mengalami
lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang
melebar di belakang celah tersebut. Peristiwa ini dikenal dengan difraksi.
Difraksi merupakan pembelokan cahaya disekitar suatu penghalang
/suatu celah.
Pola distribusi cahaya oleh kisi
Jika suatu kisi transmisi disinari dari belakang, tiap celah bertindak
sebagai suatu sumber cahaya koheren. Pola cahaya yang diamati pada layar
dihasilkan dari kombinasi efek interferensi dan difraksi. Tiap celah
menghasilkan difraksi, dan berkas difraksi ini berinterferensi dengan yang
lain untuk menghasilkan pola akhir. Kita telah melihat pola dari efek
kombinasi ini untuk kasus 2 celah:
5. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
5
Perhatikan bagaimana pola difraksi bertindak sebagai suatu “envelop” dan
mengontrol intensitas interferensi maksimum secara teratur.
Pengaruh memperbesar jumlah celah
Diagram menunjukkan pola interferensi yang dibungkus oleh pita
interferensi pusat untuk setiap kasus. Jarak celah sama untuk 5 kasus tersebut.
Hal yang penting adalah:
Posisi angular dari maksimum utama (primary maxima) untuk N yang
berbeda adalah sama.
Jumlah maksimum sekunder antara dua maksimum primer meningkat dengan
N dan sama dengan N-2.
Intensitas maksimum sekunder melemah dibandingkan maksimum primer.
Lebar maksimum primer berkurang dengan naiknya N
Kondisi untuk maksimum primer dari kisi
Kondisi interferensi konstruksi kisi merupakan beda jalan antara sinar
dari pengatur celah besarnya sama dengan satu panjang gelombang dari
beberapa integral perkalian :
6. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
6
d sinmm = 0, 1, 2, 3 .
Maximum pada = 0 (m = 0) disebut maksimum orde-0 (zero-order
maximum). Maximum pada jarak sudut dengan d·sin= ( m = 1) disebut
maksimum orde pertama. Maksimum orde ke m adalah jarak sudut m
dengan d·sinm = m.
Kondisi minimum untuk kisi
Kisi difraksi yang mempunyai N celah, terdapat N-2 maksimum kedua
dan N-1 minimum antara dua maksimun yang diatur. Kondisi minimum
diperoleh ketika jumlah fasor gelombang cahaya dari N celah = 0, dengan :
m = 1, 2, 3, . . . .
n = 1, 2, 3, . . . . , N – 1
7. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
7
IV. Cara Kerja
1. Memasang Kisi dengan sempurna
2. Menghidupkan Power Supply
3. Menghidupkan Scanning Intensitas untuk mendapatkan pola difraksi
4. Mencatat data yang telah didapat
V. Data Percobaan
No. Posisi (mm)/x Intensitas/y xy
1 0 0.27 0
2 0.44 0.27 0,0308
3 0.88 0.28 0,0528
4 1.32 0.27 0,0924
5 1.76 0.28 0,1232
6 2.2 0.28 0,154
7 2.64 0.27 0,2112
8 3.08 0.28 0,1848
9 3.52 0.28 0,2464
10 3.96 0.28 0,3168
11 4.4 0.29 0,264
41. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
41
VI. Pengolahan Data
1. Membuat grafik intensitas pola difraksi ( I, pada eksperimen dinyatakan
dalam arus sebagai fungsi dari posisi (x), I vs x ).
Dari percobaan yang dilakukan praktikan secara Rlab, maka dapat
direpresentasikan dalam grafik sebagai berikut:
Grafik hubungan antara posisi dengan intensitas :
Grafik 1. Hubugan posisi dengan intensitas
2. Berdasarkan spektrum yang diperoleh, menentukan letak terang pusat (m =
0), intensitas maksimum orde pertama (m = 1) , orde ke-2, orde ke-3 dst.
Kemudian memberikan bilangan orde pada grafik tersebut untuk setiap
intensitas maksimum pola difraksinya.
Dari data yang telah praktikan peroleh, maka dalam menentukan letak
terang pusat pada orde = 0 menggunakan persamaan:
Dimana :
Y adalah jarak terang n ke terang pusat
D adalah jarak antar kisi
L adalah jarak sumber cahaya
n adalah orde
adalah panjang gelombang
42. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
42
Maka berdasarkan data diatas, letak terang pusat pada m = 0 adalah 176,00.
Sedangkan untuk mengetahui interferensi maksimum bisa menggunakan
persamaan sebagai berikut :
Dimana :
d adalah jarak antar kisi
n adalah orde
adalah panjang gelombang
Sehingga dapat diketahui bahwa nilai interferensi maksimum pada orde 1
adalah 132 dan 220
Sedangkan nilai interferensi maksimum pada orde 2 adalah 94.6 dan 261.8
Serta nilai interferensi maksimum pada orde 3 adalah 52.8 dan 303.6
Jadi jika diinterpretasikan dalam bentuk grafik sebagai berikut:
Grafik 2. Letak Terang
3. Mengukur jarak antara terang pusat dan intensitas maksimum setiap orde
untuk menentukan sudut difraksi θ tiap-tiap orde. Pada eksperimen ini, jarak
antara kisi difraksi dengan detektor sebesar L = (130 ± 1 ) cm
Maka untuk menentukan jaraknya dapat dicari sebagai berikut:
1. Jarak terang pusat dengan terang orde 1:
Jarak 1 = |posisi terang pusat–posisi terang orde 1|
23 1 0 1 2
3
43. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
43
= |176-132|= 44 mm
Jarak 2 = |posisi terang pusat–posisi terang orde 1|
= |176-220|= 44 mm
Jarak (Y) = (44+44) / 2= 44 mm
Sin θ = Y / L
Sin θ = 0.044 / 1,3
θ = 1.89°
Tan θ = Y / L
Tan θ = 0.044 / 1.3
θ = 1.89°
2. Jarak terang pusat dengan terang orde 2:
Jarak1 = |posisi terang pusat–posisi terang orde 2|
= |176-94.6|= 81.4 mm
Jarak2 = |posisi terang pusat–posisi terang orde 2|
= |176–261.8|= 85.8 mm
Jarak (Y) = (81.4+85.8) / 2= 83.6 mm
Sin θ = Y / L
Sin θ = 0.0836 / 1.3
θ = 4.8°
Tan θ = Y / L
Tan θ = 0.0836 / 1.3
θ = 4.8°
3. Jarak terang pusat dengan terang orde 3:
Jarak1 = |posisi terang pusat–posisi terang orde 1|
= |176–52.8|= 123.2 mm
Jarak2 = |posisi terang pusat–posisi terang orde 1|
= |176-303.6|= 127.6 mm
44. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
44
Jarak (Y) = (123.2 + 127.6) / 2= 125.4 mm
Sin θ = Y / L
Sin θ = 0,1254 / 1,3
θ = 5,5°
Tan θ = Y / L
Tan θ = 0,1254 / 1,3
θ = 5.5°
m Sin θ/tan θ
1 0.032
2 0.083
3 0.096
4. Membuat grafik sin θ sebagai fungsi orde difraksi (sin θ vs m) dan
menghitung panjang gelombang (λ) sinar laser berdasarkan gradien garis
yang diperoleh.
Dari data di atas jika direpresentasikan dalam bentuk grafik sin θ adalah
sebagai berikut:
Grafik 3 Sin θ vs m
Untuk menghitung panjang gelombang (λ) sinar laser berdasarkan gradien
garis yang diperoleh sebagai berikut:
y = 0,032x + 0,0063
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 1 2 3 4
Sin θ
Linear (Sin θ)
45. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
45
x Y xy
1 0.032 1 0.001024 0.032
2 0.083 4 0.006889 0.166
3 0.096 9 0.009216 0.288
6 0.211 14 0.162074 0.486
y = mx+c
dimana
m (gradien) = 0.032
d (jarak antar celah) = 0.00002 m
maka,
λ = m x d
= 0.032 x 0.00002
= 640 nm
5. Jika sin θ didekati oleh tan θ, hitunglah λ dengan cara yang sama seperti
pada evaluasi no. 4. Berapa penyimpangan relatif λ hasil pendekatan ini
terhadap perhitungan λ yang diperoleh pada evaluasi no.4.
Dengan cara yang sama no 4 maka didapatkan grafik sebagai berikut:
46. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
46
Grafik 4 Tan θ vs m
Untuk menghitung panjang gelombang (λ) sinar laser berdasarkan gradien
garis yang diperoleh sebagai berikut:
x y xy
1 0.032 1 0.001024 0.032
2 0.083 4 0.006889 0.166
3 0.096 9 0.009216 0.288
6 0.211 14 0.162074 0.486
y = mx+c
dimana
m (gradien) = 0.032
d (jarak antar celah) = 0.00002 m
maka,
λ = m x d
= 0.032 x 0.00002
= 640 nm
y = 0,032x + 0,0063
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Tan θ
47. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
47
VII. Analisis
Pada praktikum kali ini, praktikan melakukan praktikum dengan metode R-
lab (remote laboratory) mengenai pengukuran panjang gelombang laser
dengan kisi difraksi. Praktikum kali ini bertujuan untuk mengukur panjang
gelombang, menentukan letak terang pusat dan orde difraksi. Dalam
praktikum kali ini, praktikan tidak melukannya di laboratorium seperti
biasanya namun dengan cara online. Hal yang pertama dilakukan adalah
webcam (video) diaktifkan. Hal ini bertujuan agar dapat melihat proses kerja
alat saat berlangsungnya percobaan. Namun sangat disayangkan, video tidak
dapat ditampilkan. Praktikan masih belum mengetahui penyebab video tidak
bisa dibuka. Selanjutnya dilakukan pemasangan kisi sampai sempurna,
menyalakan power supply dan melakukan scanning untuk mendapatkan
pola difraksi. Dalam hal ini, yang akan dimonitor adalah intensitas
berdasarkan posisinya.
Dari hasil praktikum, praktikan memperoleh data sebanyak 817 dengan nilai
posisi dan intensitas yang bervariasi. Percobaan mengukur panjang
gelombang laser ini dilakukan dengan cara menembakkan sinar laser kepada
sebuah kisi difraksi yang terpasang pada sebuah celah yang terletak sejauh
1300 mm atau 1.3 meter dari sumber cahaya laser. Kisi difraksi sendiri yaitu
sebuah benda yang terdiri dari banyak kisi yang dapat melenturkan
gelombang cahaya sehingga membentuk gelombang setengah lingkaran
yang melebar dan membentuk pola gelap terang. Berdasarkan teori diatas,
jika muka gelombang bidang tiba pada suatu celah sempit (lebarnya lebih
kecil dari panjang gelombang), maka gelombang ini akan mengalami
lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang
melebar di belakang celah tersebut, atau dapat disebut peristiwa difraksi.
Difraksi merupakan pembelokan cahaya di sekitar suatu penghalang atau
suatu celah. Dengan difraksi tersebut, dihasilkan suatu garis yang sangat
terang dan lainya gelap dengan ukuran yang hampir sama (perbedaan sangat
kecil). Hal tersebut sesuai dengan praktikum kali ini. Sehingga praktikan
48. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
48
bisa mengetahui hasil data percobaan tersebut telah membuktikan teori
diatas. Dan dapat juga dilahat pada grafik 1. Pada grafik tersebut
menunjukkan bahwa hubungan antara posisi dan intensitasnya. Terlihat
pada grafik 1 seperti gelombang yang mempunyai puncak. Pola ini disebut
dengan pola difraksi.
Kemudian praktikan dapat menentukan letak terang dan gelap dengan cara
perhitungan manual dan juga dapat dilihat dari tabel yang praktikan peroleh.
Sehingga dapat direpresentasikan dalam bentuk grafik 2. Dari grafik 2 dapat
dilihat letak suatu puncak yang sangat tinggi yang di identifikasi sebagai
terang pusat dari difraksi sinar laser di atas. Sedangkan, dengan puncak
kecil kiri dan kanannya yang semakin menjauhi terang pusat (terlihat
semakin landai) adalah pola terang pada difraksi tersebut, dan titik
terendahnya adalah pola gelap difraksi. Sehingga, praktikan dapat
menentukan posisi terang dari setiap orde. Sehingga antara grafik dan
perhitungan secara manual memiliki kesamaan letaknya pada masing-
masing orde.
Setelah praktikan menentukan masing-masing orde, dapat dicari jarak pada
tiap orde tersebut dengan menggunakan sudut difraksi. Jarak tersebut
disubstitusikan ke dalam persamaan sin θ = Y / L untuk mendapatkan besar
sudut θ. Menurut prinsip Huygens, tiap bagian celah berlaku sebagai sebuah
gelombang. Dengan demikian, cahaya dari satu bagian celah dapat
berinterferensi dengan cahaya dari bagian lainnya, dan intensitas
resultannya pada layar bergantung pada arah ϴ. Sehingga dapat dilihat
semakin besar ordo maka semakin besar jarak antara dua minimum ordo
Setelah itu praktikan dapat dengan mudah menetukan masing-masing sudut
pada orde tersebut. Karena merupakan celah yang sangat kecil, maka untuk
sudut yang kecil kita dapat melakukan pendekatan sin ϴ ~ tan ϴ. Hal itu
membuat tidak terdapatnya presentasi kesalahan relatif yang terjadi dalam
percobaan.
Jika direpresentasikan dalam bentuk grafik maka diperolehlah grafik 3 dan 4
yang memperlihatkan hubungan antara besar sin θ dan tan θ dengan besar
49. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
49
orde ke-n (keduanya sama). Pada grafik 3 dan 4 terdapat persamaan linier
antara ordo (n) dan sin θ/tan θ. Yang menunjukkan semakin besar ordo
maka semakin besar jarak antara dua minimum ordo, semakin besar pula sin
θ/tan θ. Hal ini dikarenakan bahwa semakin besar orde maka jarak antar dua
minimum orde akan semakin besar (y) yang mengakibatkan besar sin θ dan
tanθ semakin besar pula (berbanding lurus). Sudut difraksi (θ) untuk sin θ
lebih besar daripada sudut difraksi (θ) tan θ, tetapi perbedaannya tidak
signifikan Dari grafik 3 dan 4 tersebut, praktikan dapat menentukan lebar
celah yang dihasilkan. Besarnya sudut θ mempengaruhi lebar celah yang
dihasilkan. Semakin sempit celah, maka sudut difraksi yang dihasilkan akan
semakin besar begitu pula sebaliknya, jika celah semakin lebar maka sudut
difraksi yang dihasilkan akan mengecil atau bahkan tidak terjadi difraksi.
Selain itu juga, kedua grafik 3 dan 4 memiliki kesamaan bentuk. Hal ini bisa
terjadi karena sudut yang dibentuk adalah sangat kecil sehingga penggunaan
tan θ dan sin θ tidak berpengaruh secara signifikan terhadap hasilnya. Dari
hasil pengamatan terdapat fakta yang diperoleh yaitu nilai tan θ dan sin θ
sudut yang terbentuk sebanding dengan ordenya
Kemudian untuk mencari panjang gelombang, praktikan menerapkan teori
dengan menggunakan rumus λ = (sin θ / m) d, dimana sin θ / m adalah
gradien yang terbentuk dari grafik sin θ vs m. Kisi umumnya mempunyai
goresan mencapai 5000 goresan per centimeter. Jarak antara dua celah
sangat kecil yaitu sekitar d=1/5000= 0.00002 m. Sehingga λ akan didapat
dengan mengalikan nilai m dengan d. Panjang gelombang ini berlaku untuk
sin θ dan tan θ karena persamaan garis keduanya sama serta grafik 3 dan 4
mempunyai bentuk yang sama juga. Maka nilai panjang gelombang dua
grafik tersebut adalah sama.
50. Pengukuran Panjang Gelombang Laser
50
VIII. Kesimpulan
Pada celah sempit, dapat dihasilkan difraksi yaitu pembelokan cahaya di
sekitar suatu penghalang /suatu celah, sehingga dihasilkan pola gelap dan
terang.
Semakin besar orde ke-n, maka jarak antar dua minimum orde (y) akan
semakin besar sehingga berpengaruh terhadap sin θ dan tan θ yang
semakin besar pula.
Panjang gelombang bergantung pada pertambahan orde serta sudut
difraksinya.
Besar sudut θ berbanding lurus dengan nilai orde
Nilai sin θ sama dengan tan θ untuk θ kecil
Daftar Pustaka
Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall,
NJ, 2000.
Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended
Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.
http://www.phys.itb.ac.id/~khbasar/arsip/FI1201/Interferensidandifraksi.pdf
http://www.authorstream.com/Presentation/Hiza_Anggia-1581726-difraksi-fisika/
http://www.yohanessurya.com/download/penulis/Teknologi_18.pdf
Link R-Lab
http://sitrampil5.ui.ac.id/or01