Difraksi adalah peristiwa pelenturan gelombang cahaya ketika melewati suatu celah sempit (lebarnya lebih kecil dari panjang gelombang) sehingga gelombang cahaya tampak melebar pada tepi celah. Cahaya tidak lagi merambat menurut garis lurus yang mengakibatkan terjadinya interferensi sehingga tepi-tepi bayangan menjadi kabur. Selain disebabkan oleh celah sempit, peristiwa difraksi juga dapat disebabkan oleh kisi. Kisi adalah sebuah penghalang yang terdiri atas banyak celah sempit. Jumlah celah dalam kisi dapat mencapai ribuan pada daerah selebar 1 cm. Kisi difraksi adfalah alat yang sangat berguna untuk menganalisis sumber-sumber cahaya. Gambar 7. Cahaya yang melewati celah sempit Kita dapat melihat gejala difraksi ini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita arahkan pada sumber cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau dengan melihat melalui kisi tenun kain yang terkena sinar lampu yang cukup jauh. a. Difraksi Celah Tunggal Pola difraksi yang disebabkan oleh celah tunggal dijelaskan oleh Christian Huygens. Menurut Huygens, tiap bagian celah berfungsi sebagai sumber gelombang sehingga cahaya dari satu bagian celah dapat berinterferensi dengan cahaya dari bagian celah lainnya. Interferensi minimum yang menghasilkan garis gelap pada layar akan terjadi, jika gelombang 1 dan 3 atau 2 dan 4 berbeda fase ½, atau lintasannya sebesar setengah panjang gelombang. Gambar 8. interferensi celah tunggal Berdasarkan Gambar 7 tersebut, diperoleh beda lintasan kedua gelombang (d sin θ)/2. ΔS = (d sin θ)/2 dan ΔS = ½ λ, jadi d sin θ = λ Jika celah tunggal itu dibagi menjadi empat bagian, pola interferensi minimumnya menjadi ΔS = (d sin θ)/4 dan ΔS = ½ λ, jadi d sin θ = 2 λ. Berdasarkan penurunan persamaan interferensi minimum tersebut, diperoleh persamaan sebagai berikut. d sin θ = nλ; n = 1, 2, 3,... ...(2.15) dengan: d = lebar celah Untuk mendapatkan pola difraksi maksimum, maka setiap cahaya yang melewati celah harus sefase. Beda lintasan dari interferensi minimum tadi harus dikurangi dengan sehingga beda fase keduanya mejadi 360°. Persamaan interferensi maksimum dari pola difraksinya akan menjadi : d sin θ = nλ-1 2𝜆 =>𝑑 sin 𝜃 = (𝑛 −1 2)𝜆 ; n = 1,2 ,3.... 𝑑 sin 𝜃 = (2𝑛 − 1)1 2𝜆 ; n = 1,2 ,3.... ...(2.16) Dengan (2n – 1) adalah bilangan ganjil, n = 1, 2, 3, … b. Difraksi pada Kisi Jika semakin banyak celah pada kisi yang memiliki lebar sama, maka semakin tajam pola difraksi dihasilkan pada layar. Misalkan, pada sebuah kisi, untuk setiap daerah selebar 1 cm terdapat N = 5.000 celah. Artinya, kisi tersebut terdiri atas 5.000 celah per cm. dengan demikian, jarak antar celah sama dengan tetapan kisi, yaitu Pola difraksi maksimum pada layar akan tampak berupa garis-garis terang atau yang disebut dengan interferensi maksimum yang dihasilkan oleh dua celah. Jika beda lintasan yang dilewati cahaya datang dari dua celah yang berdekatan, maka interferensi maksimum terjadi ketika beda lintasan tersebut bernilai 0, λ, 2λ, 3λ, …,. Pola difraksi maksimum pada kisi menjadi seperti berikut: 𝑑 sin 𝜃 = 𝑛𝜆 ; n = 1, 2 ,3.... ...(2.17) dengan n = orde dari difraksi dan d = jarak antar celah atau tetapan kisi. Demikian pula untuk mendapatkan pola difraksi minimumnya, yaitu garis-garis gelap. Bentuk persamaannya sama dengan pola interferensi minimum dua celah yaitu: 𝑑 sin 𝜃 = (2𝑛 − 1)1 2𝜆 ; n = 1,2 ,3.... ...(2.18) Jika pada difraksi digunakan cahaya putih atau cahaya polikromatik, pada layar akan tampak spectrum warna, dengan terang pusat berupa warna putih. Gambar 9. Difraksi cahaya putih akan menghasilkan pola berupa pita-pita spectrum Cahaya merah dengan panjang gelombang terbesar mengalami lenturan atau pembelokan paling besar. Cahaya ungu mengalami lenturan terkecil karena panjang gelombang cahaya atau ungu terkecil. Setiap orde difraksi menunjukkan spectrum warna. c. Daya Urai Alat Optik Alat-alat optik seperti Lup, teropong, dan milkroskop memiliki kemampuan untuk memperbesar bayangan benda. Namun, perbesaran bayangan benda yang dihasilkan terbatas. Kemampuan perbesaran alat-alat optic itu selain dibatasi oleh daya urai lensa juga dibatasi oleh pola difraksi yang terbentuk pada bayangan benda itu. Gambar 10. Pola difraksi yang dibentuk oleh sebuah celah bulat Pola difraksi yang dibentuk oleh sebuah celah bulat terdiri atas bintik terang pusat yang dikelilingi oleh cincin-cincin terang dan gelap seperti pada Gambar 2.11. Pola tersebut dapat dijelaskan dengan menggunakan Gambar 2.12. Gambar 11. Daya urai suatu lensa D = diameter lobang L = jarak celah ke layar dm = jari-jari lingkaran terang θ = sudut deviasi Pola difraksi dapat diperoleh dengan menggunakan sudut q yang menunjukkan ukuran sudut dari setiap cincin yang dihasilkan dengan persamaan: sin 𝜃 = 1,22𝑙 𝐷 ...(2.19) dengan λ merupakan panjang gelombang cahaya yang digunakan. Untuk sudut-sudut kecil, maka diperoleh sinθ » tan θ = dm/λ dan sama dengan sudutnya q sehingga dapat ditulis: 𝜃 = 1,22𝑙 𝐷,𝑑𝑚 𝑙 = 1,22𝑙 𝐷 atau 𝑑𝑚 = 1,22 𝜆𝑙 𝐷 ...(2.20) 3. Aplikasi Interferensi dan Difraksi Dalam Kehidupan Sehai-hari a. Analisa Struktur Kristal Spektroskopi difraksi sinar-X(X-ray difraction/XRD) Difraksi Sinar-X merupakan teknik yang digunakan dalam karakteristik material untuk mendapatkan informasi tentang ukuran atom dari material kristal maupun nonkristal. Difraksi tergantung pada struktur kristal dan panjang gelombangnya. Jika panjang gelombang jauh lebih dari pada ukuran atom atau konstanta kisi kristal maka tidak akan terjadi peristiwa difraksi karena sinar akan dipantulkan sedangkan jika panjang gelombangnya mendekati atau lebih kecil dari ukuran atom atau kristal maka akan terjadi peristiwa difraksi. Ukuran atom dalam orde angstrom (Å) maka supaya terjadi peristiwa difraksi maka panjang gelombang dari sinar yang melalui kristal harus dalam orde angstrom (Å).Metode yang digunakan dalam menentukan struktur Kristal dengan difraksi sinar-X ini terdiri dari metode Kristal tunggal dan metode serbuk. Pada metoda kristal difraksi Cahaya tunggal, sebuah kristal yang berkualitas baik diletakkan sedemikian rupa sehingga dapat berotasi pada salah satu sumbu kristalnya. Ketika kristal itu diputar pada salah satu sumbu putar, seberkas sinar X monokromatik dipancarkan ke arah kristal. Jika seberkas sinar-X di jatuhkan pada sampel kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya. Tiap puncak yang muncul pada pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam sumbu tiga dimensi. Puncak-puncak yang didapatkan dari data pengukuran ini kemudian dicocokkan dengan standar difraksi sinar-X untuk hampirsemua jenis material. Standar ini disebut JCPDS (Joint Committee Powder DiffractionnStandard). b. GLV (Gratting Light Valve) Disebut juga kisi katup cahaya, dimana teknologi ini memanfaatkan kisi difraksi untuk menampilkan visual yang lebih baik daripada visual dari LCD yang selama ini ada. GLV menggunakan sistem mikro ( MEMS ) teknologi dan fisika optik agar bagaimana cahaya tercermin dari masing-masing struktur pita-seperti beberapa yang mewakili "tertentu gambar" titik atau pixel. Pita dapat memindahkan jarak kecil,mengubah panjang gelombang cahaya yang dipantulkan. Nada Grayscale atau warna yang tepat dapat dicapai dengan memvariasikan kecepatan piksel yang diberikan adalah dinyalakan dan dimatikan. Gambar yang dihasilkan dapat diproyeksikan dalam sebuah auditorium besar dengan sumber cahaya terang atau pada sebuah alat kecil dengan menggunakan LED low-power sebagai sumber cahaya.Teknologi GLV dapat memberikan resolusi tinggi, daya rendah sehingga lebih murah . Tetapi kualitas pixel yang bagus. Konsep kerja GLV yaitu, prangkat GLVdibangun pada silikon dan terdiri dari baris paralel yang sangat reflektif. Pita-pitaukuran mikro dengan lapisan atas aluminium tergantung di atas sebuah celah udara yang dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga pita alternatif (pita aktif yang interlaced dengan pita statis) dapat secara dinamis ditekan. Sambungan listrik untuk masing-masing elektroda pita aktif menyediakan aktuasi independen. Pita dan substrat adalah elektrik konduktif sehingga defleksi dari pita dapat dikontrol secara analog: Bila tegangan dari pita aktif diatur ke ground, semua pita yang undeflected, dan perangkat. Ketika tegangan diberikan antara konduktor pita dan dasar medan listrik yang dihasilkan, dapat mengalihkan ke bawah pita aktif terhadap substrat. Defleksi ini dapat sebesar seperempat panjang gelombang sehingga menimbulkan efek difraksi pada cahaya insiden yang tercermin pada sudut yang berbeda dari insiden ringan. Panjang gelombang untuk defleksi ditentukan oleh frekuensi spasial pita. Karena ini frekuensi spasial ditentukan oleh muka sisi photolithographic digunakan untuk membentuk perangkat GLV dalam CMOS proses fabrikasi, sudut datang bisa sangat akurat yang berguna untuk aplikasi switching optik. Perpindahan dari undeflected defleksi maksimum pita sangat cepat, yang dapat beralih di 20 nanodetik yang merupakan satu juta kali lebih cepat dibandingkan konvensional LCD layar perangkat, dan sekitar 1000kali lebih cepat dibandingkan TI DMD teknologi. Selain itu, tidak ada kontak fisik antara elemen bergerak yang life time dari GLV selama 15 tahun tanpa berhenti (lebihdari 210 miliar siklus switching).Untuk membangun sistem tampilan menggunakan perangkat GLV pendekatanyang berbeda dapat diikuti: mulai dari pendekatan sederhana menggunakan perangkatGLV tunggal dengan cahaya putih sebagai sumber sehingga memiliki monokrom sistem untuk solusi yang lebih kompleks menggunakan tiga GLV perangkat yangberbeda masing-masing untuk satu sumber RGB primary 'yang pernah terdifraksi memerlukan filter optik yang berbeda untuk titik cahaya ke layar atau menengah dengan menggunakan sumber putih tunggal dengan perangkat GLV. Selain itu, cahaya dapat terdifraksi oleh perangkat GLV ke lensa mata bagi tampilan virtual retina , atauke sistem optik untuk proyeksi gambar ke layar ( proyektor dan belakang proyektor ). c. Holografi Teknik penghamburan cahaya dari sebuah objek untuk direkam dan kemudian direkonstruksi sehingga dia akan muncul jika objek itu memiliki posisi yang relatif sama terhadap rekaman medium saat direkam. Bayangan akan berubah selama posisi dan sudut pandang berubah dalam cara yang sama sehingga objek masih tetap terlihat ada dan rekaman bayangan (hologram) muncul dalam bentuk tiga dimensi.Adapun teknik holografi sehingga mendapatkan hologram, sebagian dari sinar yang tersebar dari objek atau sekumpulan objek jatuh di atas media perekam. Sinar kedua,yang dikenal sebagai sinar acuan, juga menerangi media perekam sehingga terjadi gangguan antara kedua sinar tersebut. Hasil dari bidang cahaya tersebut adalah sebuahpola acak dengan intensitas yang bervariasi yang disebut hologram. Dapat ditunjukkan bahwa jika hologram diterangi oleh sinar acuan asli, sebuah bidang cahaya terdifraksi oleh sinar acuan yang mana identik dengan bidang cahaya yang disebarkan oleh objekatau objek-objek. Dengan demikian, seseorang yang memandang ke hologram tetap dapat ‘melihat’ objek walaupun objek tersebut mungkin sudah tidak ada lagi. d. Penerapan Pada Resolusi Sistem Pencitraan e. Busa sabun f. Dinding rumah g. Air yang terkena minyak Pertemuan Ketujuh C. POLARISASI Sebagai gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi. Polarisasi cahaya dapat disebabkan oleh empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), absorbsi (penyerapan), pembiasan (refraksi) ganda dan hamburan. |