MAKALAH INTERFEROMETER MICHELSON PDF

Preview

Summary

TUGAS MAKALAH MATA KULIAH OPTIKA SERAT INTERFEROMETER MICHELSON Disusun guna memenuhi ujian akhir semester: Oleh: Nama : Khiptiatun Ni’mah Nim : 141810201026 JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2017 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Interferensi merupak...

Description

Accelerat ing t he world's research.

MAKALAH INTERFEROMETER MICHELSON Qhibtya nimah

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

Laporan Prakt ikum Laborat orium Fisika 1 UNG Adib Pahrudin

St udi Int erferomet er Fabry-Perot Unt uk Pengukuran Panjang Gelombang Cahaya Sofjan Firdausi LAPORAN PRAKT IKUM OPT IK Pengukuran Ket ebalan Lapisan T ipis (T hin Film) Menggunakan Int erfero… Rheina Shavira

TUGAS MAKALAH MATA KULIAH OPTIKA SERAT INTERFEROMETER MICHELSON

Disusun guna memenuhi ujian akhir semester:

Oleh: Nama : Khiptiatun Ni’mah Nim

: 141810201026

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2017

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Interferensi merupakan penggabungan antara dua gelombang atau lebih yang bertemu da;am satu ruang titik dan membentuk gelombang baru dengan mengikuti prinsip superposisi. Interferometer adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi pola interferensi. Selain itu juga dapat digunakan sebagai penguji eter (medium hipotesis yang digunakan untuk penjalaran cahaya). Interferometer Michelson merupakan alat pendeteksi interferensi yang dibuat untuk membuktikan keberadaa eter oleh A. Michelson dengan cara meletakkan secara tegak lurus pada posisi pergeseran cermin. Selanjutnya interferometer Michelson dapat digunakan untuk menentukan sifat-sifat gelombang lebih lanjut, seperti panjang gelombang cahaya, penguatan interferensi, dan lain sebagainya (Daud, 2005) Percobaan interferometer Michelson ini dilakukan bertujuan untuk mengetahui tetapan kalibrasi interferometer Michelson melalui data pergeseran micrometer (d m) dan jumlah frinji tersebut, tetapan kalibrasi dapat diketahui. Percobaan ini dilakukan dengan menyusun rangkaian eksperimen interferometer yang tersusun atas laser He-Ne, beam splitter, movable mirror, adjustable mirror, dan lensa. Skala pada micrometer diatur sampai perubahan frinji dapat diamati. Kemudian micrometer diputar secara perlahan-lahan sampai N=25, skala yang terdapat pada micrometer dicatat. Pengambilan data diulangi untuk jumlah frinji kelipatan 25 sebanyak 10 pasang data. Percobaan interferometer Michelson sangat penting dilakukan untuk mengetahui panjang gelombang cahaya. Selain itu percobaan ini juga dapat menambah pemahaman mengenai interferensi. Sehingga tidak hanya mengetahui teori saja, akan tetapi juga prinsip dan aplikasi dari interferometer Michelson. Implementasi percobaan ini dalam kehidupan sehari-hari yakni pada tekhnik pencitraan medis OCT (Optical Coheren Tomography) dan untuk mendeteksi kualitas larutan obat injeksi. Aplikasi dalam bidang fisika, percobaan ini

banyak digunakan untuk mendeteksi gelombang gravitasi, mendeteksi planet yang berada disekitar bintang, dan pembuktian teori realtivitas khusus.

1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah yang digunakan dala percobaan interferometer Michelson ini adalah: 1. Bagaimana pengaruh pergeseran jarak micrometer (dm) terhadap frinji yang terbentuk? 2. Bagaimana bentuk grafik hubungan antara jumlah frinji (N) dengan pergeseran micrometer (dm)?

1.3 Tujuan Tujuan yang terdapat pada percobaan interferometer Michelson ini adalah: 1. Mengetahui pengaruh pergeseran jarak micrometer (dm) terhadap frinji yang terbentuk 2. Mengetahui bentuk grafik hubungan antara jumlah frinji (N) dengan pergeseran micrometer (dm)

1.4 Manfaat Manfaat yang didapatkan setelah dilakukannya percobaan interferometer Michelson ini yakni dapat mengetahui prinsip kerja dan aplikasi teori alat tersebut. Contoh aplikasi dari percobaan ini dalam bidang fisika yakni dapat mendeteksi planet yang berada disekitar bintang dan pada bidang kesehatan atau medis yakni mendeteksi kualitas larutan obat injeksi dengan prinsip interferensi gelombang cahaya. Contoh konkret dalam bidang kesehatan yakni pada tomografi koherensi optic yang merupakan tekhnik pencitraan medis dengan menggunakan cahaya untuk menangkap micrometer berevolusi. Optical coherence tomography (OCT) berdasarkan interferometer koherensi rendah, biasanya menggunakan cahaya inframerah. Penggunaan relative panjang gelombang cahaya memungkinkan untuk menembus ke dalam hamburan. Prinsip kerja dari alat diagnostic modern dengan tekhnik pencahayaan ini sama dengan interferometer Michelson. Karena alat tersebut merupakan pengembangan aplikasi dari percobaan ini.

BAB II DASAR TEORI

Interferometer pada umumnya dibagi menjadi dua jenis yaitu interferometer pembagi muka gelombang dan interferometer pembagi amplitude. Interferometer pembagi muka gelombang dimana berkas cahaya dibagi menjadi dua dan menghasilkan berkas yang koheren. Sedangkan interferometer pembagi amplitude dimana cahaya jatuh pada lempeng kaca tipis dan cahaya tersebut sebagian dipantulkan dan diteruskan. Jika keduanya bertemu, akan menghasilkan pola interferensi (Falah, 2008). Pada tahun 1881, 78 tahun setelah Young memperkenalkan percobaan celah gandanya, A. Michelson mendisain dan menciptakan sebuah interferometer dengan menggunakan prinsip yang sama. Pada mulanya, Michelson mendisain interferometernya dengan tujuan untuk membuktikan adanya ether, ether merupakan sebuah medium hipotesis yang digunakan untuk penjalaran cahaya. Dalam usaha tersebut, keberadaan ether tidak dapat dibuktikan. Akan tetapi setelah itu, interferometer Michelson telah berkembang menjadi sebuah alat yang banyak digunakan untuk menentukan panjang gelombang cahaya, dan jika menggunakan sumber cahaya dengan panjang gelombang yang sudah diketahui, maka alat ini dapat digunakan untuk menentukan jarak yang sangat pendek serta untuk mengamati sifat medium optik.

Gambar 2.1 Desain Interferometer Michelson Gambar 2.1 menunjukkan desain alat interferometer Michelson. Satu berkas cahaya dari sumber laser dipancarkan menuju pemisah berkas, yang merefleksikan 50% intensitas cahaya datang dan mentransmisikan 50% intensitas sisanya. Sehingga berkas cahaya datang mirror M 1  , dan berkas lainnya direfleksikan menuju adjustable mirror M 2  . Kedua akan dipisahkan menjadi dua bagian; satu bagian berkas ditransmisikan menuju movable

cermin tersebut akan merefleksikan cahaya menuju pemisah berkas. Sebagian cahaya dari

M 1 direfleksikan oleh pemisah berkas menuju layar pengamatan dan sebagian cahaya dari

M 2 ditransmisikan melalui pemisah berkas menuju layar pengamatan.

Gambar 1.2 : Pola interferensi frinji melingkar. Karena kedua berkas berasal dari sumber yang sama, maka fasenya akan sangat berhubungan. Ketika sebuah lensa diletakkan di antara sumber laser dan pemisah berkas, maka berkas cahaya sumber akan disebarkan dan pola interferensinya gelap terang akan dapat dilihat pada layar pengamatan (seperti gambar 1.2). Karena kedua berkas cahaya yang berinterferensi diperoleh dari sumber asal yang sama, maka kedua berkas tersebut mula-mula berada pada fase yang sama. Beda fase relatif antara kedua berkas tersebut

ketika bertemu pada layar pengamatan bergantung pada perbedaan panjang lintasan masing-masing berkas sebelum mencapai titik pertemuan tersebut (Tim Penyusun, 2017). Frinji yang terbentuk pada percobaan interferometer Michelson dapat divariasi jumlahnya dengan cara menggerakkan micrometer secara perlahan melalui frinji yang diamati dan jarak pergerakan micrometer tersebut dapat ditentukan panjang gelombang dari cahaya melalui persamaan:

(2.1) Karena pada interferometer menggunakan cermin yang tidak digerakkan langsung oleh micrometer, akan tetapi dihubungkan terlebih dahulu dengan sebuah lever system. Maka harus dilakukan kalibrasi alat. Caranya yaitu dengan mencari kaitan antara jarak cermin yang digerakkan (l) dengan jarak micrometer (d) melalui persamaan:

(2.2) Dimana k merupakan tetapan kalibrasi yang dapat ditulis dalam persamaan sebagai berikut:

(2.3) Seharusnya nilai k=1 agar l=

. Sehingga dapat diperoleh persamaan:

(2.4) Dimana: N

: Jumlah perubahan frinji

K

: Tetapan kalibrasi : Jarak micrometer : Panjang gelombang

Persamaan tersebut dapat digunakan untuk menentukan panjang gelombang dari cahaya setelah dikalibrasi (Beizer,1992). Aplikasi dari percobaan interferometer Michelson ini adalah untuk mendeteksi gelombang gravitasi sebagai inti spektroskopi transformasi Fourier. Ada pula beebrapa aplikasi menarik seperti instrument “nulling” yang digunakan untuk mendeteksi planet disekitar bintang-bintang terdekat. Selain itu ada OCT (Optical Coherence Tomography) yang mempunyai prinsip kerja yang sama dengan percobaan ini yang berasal dari alat koheren rendah terbuta dari diode superluminan yang digabungkan dengan interferometer fiber dan dipisah oleh splitter (Bruce, 2005).

BAB III METODE PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan interferometer Michelson ini adalah: 1. Meja interferometer (precision interferometer, OS-9255A) digunakan sebagai tempat untuk meletakkan atau ditempatkannya set alat interferometer Michelson 2. Sumber laser He-Ne (OS-9171) digunakan sebagai sumber cahaya yang diamati 3. Bangku laser (OS-9172) digunakan sebagai tempat menopang sumber laser 4. Perlengkapan interferometer Michelson: satu set peralatan yang terdiri atas:

 Beam Splitter: digunakan sebagai pemisah berkas cahaya menuju M1 dan M2

 Compensator: digunakan sebagai penyefase gelombang cahaya

 Movable Mirror: Alat berupa kaca yang dituju oleh berkas cahaya dan dapat digerakkan

 Adjustable Mirror: Alat berupa kaca yang dituju oleh berkas cahaya dan tidak dapat digerakkan

 Convex Lens 18 nm: digunakan untuk memfokuskan sumber cahaya 3.2 Desain Percobaan Desain percobaan yang digunakan dalam percobaan interferometer Michelson ini adalah:

Gambar 3.1 Rangkaian interferometer Michelson (Sumber: Tim Penyusun Buku Panduan Praktikum, 2017)

3.3 Langkah Kerja Langkah kerja yang digunakan dalam percobaan interferometer Michelson ini adalah: 1. Peralatan disusun seperti pada gambar 3.1. Kompensator dapat ditiadakan jika sumber yang digunakan adalah laser. 2. Laser He-Ne diposisikan pada kedudukan di depan lensa sejajar bangku interferometer Michelson. 3. M 2 ditutup, posisi M 1 diatur sehingga berkas pantulannya dapat dilihat di layar. Dengan cara sama atur posisi M 2 , sehingga cahaya dari M 2 berimpit dengan cahaya dari M 1 . (Ada beberapa trik untuk mendapat berkas dari M 1 dan M 2 terkumpul di satu titik. Jika saudara tidak dapat mencarinya, dapat didiskusikan dengan asisten). 4. Skrup diputar secara perlahan-lahan pengatur pada M 2 (horizontal dan vertikal) sehingga pola interferensinya (seperti gambar 1.2) dapat dilihat jelas pada layar pengamatan.

5. Posisi mikrometer skrup diatur pada setengah skala utama (dua kali putaran = 2 x 25 skala). Perubahan frinji yang terjadi diamati. 6. Mikrometer diputar satu putaran penuh berlawanan arah jarum jam. Secara perlahan putar sekali lagi sampai angka nol pada knob berimpit dengan garis tanda. 7. Pada layar dibuat tanda garis batas yang berimpit pada salah satu pinggir lingkaran frinji yang saudara pilih (misal frinji kedua dari pusat). Tanda garis batas ini selanjutnya digunakan sebagai acuan menghitung jumlah perubahan frinji (N). 8. Posisi awal mikrometer dicatat sebelum memulai menghitungnya (tidak harus dimulai dari skala nol). 9. Knob mikrometer diputar perlahan-lahan berlawanan arah jarum jam. Pada saat yang sama, hitung banyaknya frinji yang melintasi garis batas anda tadi. Putar terus sampai anda dapat menghitung sekitar N = 25 frinji. Baca posisi mikrometer yang baru. 10. Posisi d 25 ini dicatat sehingga jarak mikrometer dapat saudara hitung menurut poin





8 dan 9 di atas. Ingat setiap garis pada skala mikrometer bersesuaian dengan jarak ~ 6 1 μm 10 meter lintasan cermin (asumsi belum dikalibrasi).

11. Langkah 9 dan 10 diulangi untuk jumlah frinji yang berbeda. Jumlah frinji dapat dibuat kelipatan 25. Lakukan pengamatan untuk mendapatkan 10 pasang data posisi mikrometer-frinji yang berbeda.

3.4 Analisis Data Analisis data yang digunakan dalam percobaan interferometer Michelson ini adalah: 3.4.1 Tabel Table 3.1 Tabel pengamatan No

N

dm 1

dm dm 2

dm 3

dm rata-rata

3.4.2 Rumus

3.4.3 Grafik - hubungan antara jumlah frinji dengan pergeseran frinji per satuan panjang gelombang

N

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Hasil yang didapatkan setelah dilakukan percobaan interferometer Michelson ini adalah: Table 4.1 Tabel hasil interferometer michelson No

N

1 2

dm ( m) dm 3

dm ratarata( m)

dm 1

dm 2

25

11

11

11

11

50

18

18

18

18

3

75

25

25

26

25.3

4

100

33

32

33

32.7

5

125

41

39

40

40

6

150

48

46

47

47

7

175

54

53

54

53.7

8

200

61

61

62

61.3

9

225

68

68

69

68.3

10

250

75

75

76

75.3

Grafik Hubungan antara jumlah frinji terhadap 2dm/λ y = 1.1047x - 13.567 R² = 0.9999

300 N

200 Series1

100

Linear (Series1)

0 0

50

100

150

200

2dm/λ

Gambar 4.1 grafik hubungan antara perubahan jumlah frinji (N) terhadap pergeseran movable mirror oleh micrometer (2dm/ )

4.2 Pembahasan Interferometer Michelson merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui pola-pola interferensi suatu gelombang. Pada eksperimen ini pengamatan dilakukan dengan mengamati pergeseran movable mirror yang dilakukan dalam skala micrometer dan perubahan frinji yang terbentuk untuk mengetahui tetapan kesebandingan (kalibrasi) pada interferometer Michelson. Setelah melakukan pengamatan dengan pengulangan 3 pengamata yang berbeda, didapatkan rata-rata nilai pergeseran movable mirror yang saling berkaitan dengan perubahan jumlah frinji. Pengambilan data dilakukan sebanyak 10 pasang data dengan jumlah frinjinya kelipatan 25. Hasil yang didapatkan melalui percobaan yakni pada saat jumlah frinji yang diberikan sebesar 25, jarak pergeseran movable mirrornya sebesar 11 ( m). Pada saat jumlah frinji yang diberikan sebesar 125, jarak pergeseran movable mirror yang teramati sebesar 40 ( m). Sedangkan pada saat jumlah frinji yang diberikan sebesar 250, maka jarak pergeseran movable mirror yang teramati yakni sebesar 75,3 ( m). Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwasanya penambahan jumlah frinji (N) berpengaruh terhadap nilai pergeseran movable mirror (dm). Pengaruh yang diberikan yakni semakin besar penambahan jumlah frinji (N) yang diberikan, maka jarak pergeseran movable mirrornya juga akan semakin besar. Hal ini sesuai dengan teori yang ada pada persamaan 2.4 yang menyatakan bahwa penambahan/perubahan jumlah frinji (N) berbanding lurus dengan pergeseran movable mirror (dm). Percobaan selanjutnya yakni bertujuan untuk mengetahui grafik yang terbentuk antara hubungan jumlah frinji (N) dengan jarak pergeseran movable mirror (dm). Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dan setelah diolah dengan menggunakan Microsoft excel didapatkan gambar grafik seperti pada gambar 4.1. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwasanya seiring dengan penambahan jumlah frinji (N) dan pergeseran movable mirror per satuan panjang gelombang (2dm/ ). Sehingga grafik hubungan antara keduanya menunjukkan bahwa grafik yang terbentuk adalah linier dan mendekati smooth (linier sempurna). Hal ini dikarenakan dari penambahan N ke nilai N yang lain cenderung

konstan. Sehingga terbukti bahwa penambahan jumlan frinji dan pergseran movable mirror dari percobaan yang dilakukan adalah berbanding lurus.

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang didapatkan setelah dilakukan pada percobaan interferometer Michelson ini adalah: 1. Penambahan jumlah frinji berpengaruh terhadap pergeseran movable mirror. Pengaruh yang diberikan yakni semakin besar penambahan jumlah frinji (N) yang diberikan, maka jarak pergeseran movable mirrornya juga akan semakin besar. Hal ini sesuai dengan

teori

yang

ada

pada

persamaan

2.4

yang

menyatakan

bahwa

penambahan/perubahan jumlah frinji (N) berbanding lurus dengan pergeseran movable mirror (dm). 2. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwasanya seiring dengan penambahan jumlah frinji (N) dan pergeseran movable mirror per satuan panjang gelombang (2dm/ ). Sehingga grafik hubungan antara keduanya menunjukkan bahwa grafik yang terbentuk adalah linier dan mendekati smooth (linier sempurna). Hal ini dikarenakan dari penambahan N ke nilai N yang lain cenderung konstan. Sehingga terbukti bahwa penambahan jumlan frinji dan pergseran movable mirror dari percobaan yang dilakukan adalah berbanding lurus.

5.2 Saran Saran yang diberikan setelah dilakukan percobaan ini yakni praktikan diharapkan menguasai teori tentang percobaan yang akan dilakukan dan metode pengambilan data. Sehingga ketika melakukan praktikum dapat mengatasi permasalahan yang akan membuat data tidak akurat. Hal ini ditujukan supaya data yang didapatkan akurat dan presisi. Praktikum harus dilakukan dengan hati-hati karena pola interferensi frinji yang didapatkan sensitive terhadap gangguan.

DAFTAR PUSTAKA

Beizer,A. 1992. Konsep Fisika Modern. Jakarta. Erlangga. Bruce,J. 2005. Oftamologi. Jakarta: Erlangga. Daud, M.J. 2005. Pengantar Fisika Modern. Makassar: Universitas Negeri Makassar. Falah,M. 2008. Analisa Pola Interferensi pada Interferometer Michelson untuk Menentukan Panjang Gelombang Cahaya. Semarang: UNDIP. Tim Penyusun Buku Panduan Praktikum.2017. Buku Panduan Praktikum Eksperimen Fisika II. Jember: Laboratorium Fisika Modern dan Optoelektronika Universitas Jember...