OR01_Pengukuran Panjang Gelombang Laser_Muhamad Ryan Dwi Pramono_1306407571_Teknik Perkapalan

LAPORAN PRAKTIKUM

Pengukuran Panjang Gelombang Laser

Nama/ NPM : Muhamad Ryan Dwi Pramono/1306407571

Fakultas/ Prodi : Teknik/Perkapalan

Grup & Kawan Kerja : 11

- Chandra Dewi R

- Mohamad Abu Bakar

- Nadila Aristiaputri

- Surya Yehezki

- Muammar Agung

- Felisa Fitriani

- Leo Hubertus Dimas A

No & Nama Percobaan : OR01 – Pengukuran Panjang Gelombang Laser

Tanggal Praktikum : Rabu, 9 Oktober 2014

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

I. Tujuan

Mengukur panjang gelombang sinar laser dengan menggunakan kisi difraksi

II. Dasar Teori

Kisi adalah celah sempit yang dibuat dengan menggores sebuah lempengan kaca dengan intan. Sebuah kisi dapat dibuat 300 sampai 600 celah setiap 1 mm. pada kisi, setiap goresan merupakan celah. Sebuah kisi memiliki konstanta yang menyatakan banyaknya goresan tiap satu satuan panjang, yang dilambangkan dengan d, yang juga sering dikatakan menjadi lebar celah. Dalam sebuah kisi, lebar celah dengan jarak antara dua celah sama apabila banyaknya goresan tiap satuan panjang dinyatakan dengan N.

Pada sebuah kisi yang disinari cahaya yang sejajar dan tegak lurus kisi, dan di belakang kisi ditempatkan sebuah layar, maka pada layar tersebut akan terdapat garis terang dan gelap, jika cahaya yang dipakai dalah monokromatik. Kemudian akan terbentuk deretan spektrum warna jika cahaya yang digunakan sinar putih (polikromatik).

Garis gelap dan terang atau pembentukan spektrum akan lebih jelas dan tajam jika lebar celahnya semakin sempit atau konstanta kisinya semakin banyak atau besar. Garis gelap dan terang dan spektrum tersebut merupakan hasil interferensi dari cahaya yang berasal dari kisi tersebut yang jatuh pada layar titik atau tempat tertentu. Difraksi cahaya juga terjadi jika cahaya melalui banyak celah sempit terpisah sejajar satu sama lain dengan jarak konstan. Celah semacam ini disebut kisi difraksi atau sering disebut dengan kisi.

Kisi difraksi merupakan alat untuk menghasilkan spektrum dengan menggunakan difraksi dan interferensi, yang tersusun oleh celah sejajar dalam jumlah sangat banyak dan memiliki jarak yang sama (biasanya dalam orde 1.000/mm). Dengan menggunakan banyak celah, garis-garis terang dan gelap yang dihasilkan pada layar menjadi lebih tajam.

Kisi difraksi atau dapat pula disebut kisi interferensi dapat dibuat dengan mesin

presisi berupa garis-garis paralel yang sangat halus dan teliti di atas pelat kaca. Jarak

yang tidak tergores diantara garis-garis tersebut berfungsi sebagai celah . Kisi difraksi

terdiri dari banyak kisi paralel yang berjarak sama pada permukaan datar serta dapat

mentransmisikan berkas cahaya melewati kisi-kisinya. Jarak antara celah dalam kisi

dengan 10.000 celah per cm ialah d = (1 cm)/10.000 = 10-4 . Jika kisi difraksi disinari

dengan berkas cahaya paralel maka sinar-sinar yang ditransmisikan oleh kisi dapat

berinteferensi (Gbr.1). 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 l = mλ, dimana m merupakan bilangan bulat. Jadi

jika jarak antar kisi adalah d (Gbr.1.) maka l = d sin θ, sehingga :

[1]

dengan m = bilangan orde = 1, 2, 3, ...

Gbr.1. Diagram difraksi pada kisi difraksiDifraksi adalah peristiwa lenturan gelombang cahaya yang terjadi ketika

gelombang cahaya melewati celah sempit. Difraksi cahaya dapat terjadi jika cahaya melalui celah tunggal. Difraksi pada celah tunggal dapat mengakibatkan pola difraksi Franhoufer. Menurut prinsip Huygens tiap bagian celah berlaku sebagai sumber gelombang. Cahaya dari satu bagian celah dapat berinterferensi dengan cahaya dari bagian lainnya.

Difraksi pada celah sempit, bila cahaya yang dijatuhkan polikromatik (cahaya putih atau banyak warna), selain akan mengalami peristiwa difraksi, juga akan terjadi peristiwa interferensi, hasil interferensi menghasilkan pola warna pelangi.

Berkas cahaya jatuh pada celah tunggal, akan dibelokkan dengan sudut belok θ. Pada layar akan terlihat pola gelap dan terang.Pola gelap dan terang akan terjadi bila mengalami peristiwa interferensia.

Interferensi merupakan perpaduan dua gelombang cahaya sehingga membentuk gelombang cahaya baru. Interferensi cahaya terjadi ketika dua gelombang cahaya datang bersamaan pada suatu tempat. Dua gelombang tersebut dapat berinterferensi jika :

a. Kedua sumber cahaya koheren, yaitu keduanya harus memiliki beda fase selalu tetap dan memiliki frekuensi yang sama.

b. Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitudo yang hampir sama

Macam-macam interferensi cahaya :1. Interferensi pada celah ganda2. Interferensi minimum3. Interferensi maksimum4. Interferensi pada lapisan tipis

Seberkas cahaya sejajar yang mengenai celah sempit yang berada di depan layar, maka pada layar tidak terdapat bagian yang terang dengan luas yang sama dengan luas celahnya, melainkan terdapat terang utama yang kanan kirinya dikelilingi garis atau pita gelap dan terang secara berselang-seling. Peristiwa ini disebut difraksi. Suatu alat optik yang terdiri dari banyak sekali celah sempit pada jarak yang sama disebut kisi.Apabila sebuah sinar tegak lurus mengenai sebuah kisi maka akan timbul difraksi. Difraksi dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu difraksi Fresnel dan difraksi Fraunhoffer. Disebut difraksi Fresnel jika jarak layar kisi relatif dekat dan disebut difraksi Fraunhoffer jika jarak layar kisi relatif jauh. Difraksi Fraunhoffer dapat juga terjadi walaupun layar tidak jauh letaknya, dengan cara meletakkan sebuah lensa positif dibelakang kisi dan layar diletakkan pada titik api lensa tersebut.

III. Peralatan Percobaan

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

IV. Cara Kerja

Praktikum pengukuran panjang gelombang sinar laser dengan menggunakan kisi

difraksi pada rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol link rLab di halaman

jadwal. Penyetingan peralatan rLab berlangsung secara otomatis ketika praktikan

menjalankan prosedur kerja. Berikut langkah-langkah cara kerja:

1. Memperhatikan halaman web percobaan pengukuran panjang gelombang laser2. Mengaktifkan Webcam

3. Mengklik ikon “set” :

4. Mengaktifkan power supply dengan mengklik radio button di sebelahnya:

5. Melakukan scanning intensitas pola difraksi dengan mengklik ikon “ukur”

6. Mengambil data dari percobaan ke dalam Excel dengan mengklik “simpan ke Excel”

Gbr. Susunan peralatan untuk OR01

Tugas dan evaluasi

1. Dari data eksperimen yang diperoleh, buatlah grafik intensitas pola difraksi ( I, pada eksperimen dinyatakan dalam arus sebagai fungsi dari posisi (x), I vs x ).

2. Berdasarkan spektrum yang diperoleh, tentukan letak terang pusat (m = 0), intensitas maksimum orde pertama (m = 1) , orde ke-2, orde ke-3 dst. Berilah bilangan orde pada grafik tersebut untuk setiap intensitas maksimum pola difraksinya.

3. Ukurlah 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

4. Buatlah grafik sin θ sebagai fungsi orde difraksi (sin θ vs m) dan hitunglah panjang gelombang (λ) sinar laser berdasarkan gradien garis yang diperoleh.

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.

6. Berilah analisis dan diskusikan hasil eksperimen ini.

Susunan Peralatan

No Posisi (mm) Intensitas1 0.00 0.142 0.44 0.153 0.88 0.154 1.32 0.145 1.76 0.156 2.20 0.157 2.64 0.158 3.08 0.159 3.52 0.15

10 3.96 0.1511 4.40 0.1612 4.84 0.1513 5.28 0.1614 5.72 0.1615 6.16 0.1716 6.60 0.2017 7.04 0.2418 7.48 0.2919 7.92 0.3520 8.36 0.3921 8.80 0.4522 9.24 0.4223 9.68 0.3824 10.12 0.3225 10.56 0.2726 11.00 0.2027 11.44 0.1828 11.88 0.1629 12.32 0.1530 12.76 0.1631 13.20 0.1532 13.64 0.1533 14.08 0.1534 14.52 0.1435 14.96 0.1536 15.40 0.1537 15.84 0.1438 16.28 0.1539 16.72 0.1540 17.16 0.1441 17.60 0.1542 18.04 0.1443 18.48 0.1544 18.92 0.1545 19.36 0.1446 19.80 0.1547 20.24 0.1548 20.68 0.1549 21.12 0.1550 21.56 0.1551 22.00 0.1552 22.44 0.1553 22.88 0.1454 23.32 0.1555 23.76 0.1556 24.20 0.1457 24.64 0.1558 25.08 0.1559 25.52 0.1460 25.96 0.15

VI. Pengolahan Data

Grafik intensitas pola difraksi

0 22 44 66 88 110 132 154 176 198 220 242 264 286 308 330 3520

1

2

3

4

5

6

Grafik Intensitas Pola Difraksi

Intensitas

terang pusat (m = 0), intensitas maksimum orde pertama (m = 1) , orde ke-2, orde ke-3 dst

0 22 44 66 88 110 132 154 176 198 220 242 264 286 308 330 3520

1

2

3

4

5

6Grafik Intensitas Pola Difraksi

Intensitas0

12 3

1

23

Jarak antara terang pusat dan intensitas maksimum setiap orde ( jarak antara kisi difraksi dengan detektor sebesar L = (130 ± 1 ) cm )

a. Jarak terang pusat dengan terang orde 1:

Jarak 1 = │posisi terang pusat – posisi terang orde 1│

= │178,64 – 216,92│

= 38,28 mm


=│178,64 – 133,98│

=44,66 mm

Jarak (Y) = (38,28 + 44,66 ) / 2

= 41,47 mm

= Y / L=0,04147/1,3=0,0319=sin-1 0,0319=1,82O

b. Jarak terang pusat dengan terang orde 2:


= │178,64 – 267,96│

= 89,32 mm


=│178,64 – 95,7│

=82,94 mm

Jarak (Y) = (89,32 + 82,94 ) / 2

= 86,13 mm

= Y / L=0,08613/1,3=0,0662=sin-1 0,0662=3,79O

c. Jarak terang pusat dengan terang orde 3:


= │178,64 – 306,24│

= 127,6mm


=│178,64 – 51,04│

=127,6 mm

Jarak (Y) = (127,6 + 127,6 ) / 2

= 127,6 mm

= Y / L=0,1276/1,3=0,0981

=sin-1 0,0981=5,63O

Panjang gelombang (λ) sinar laser dengan pendekatan sin

m sin1 0.03192 0.06623 0.0981

x y x^2 y^2 xy

M 1 1 0.0319 1 0.00101 0.0319

M 2 2 0.0662 4 0.00438 0.1324

M 3 3 0.0981 9 0.000096 0.2943

TOTAL 6 0.1962 14 0.005486 0.4586

gradien (m)= n∑ (xy )−∑ x∑ y

n∑ x2−(∑ x)2 = 3 (0.4586 )−(6 )(0.1962)

3(14 )−(6 )2 = 0,0331

m 1 m 2 m 30

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

Grafik Fungsi Orde Difraksi

panjang gelombang

Jarak antar celah (d) = 2 x 10-5 m

Maka:

= m x d

= 0,0331 x 2 x 10-5

= 6,662 x 10-7 m

= 666,2 nm

Panjang gelombang (λ) sinar laser dengan pendekatan tan

m tan1 0.03192 0.06623 0.0981

x y x^2 y^2 xy

M 1 1 0.0319 1 0.00101 0.0319

M 2 2 0.0662 4 0.00438 0.1324

M 3 3 0.0981 9 0.000096 0.2943

TOTAL 6 0.1986 14 0.006102 0.4593

m 1 m 2 m 30

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

Grafik Fungsi Orde Difraksi fungsi tan

panjang gelombang

Gradien(m) = n∑ (xy )−∑ x∑ y

n∑ x2−(∑ x)2 = 3 (0.4593 )−(6 )(0.1986)

3(14)−(6 )2 = 0,0357

Jarak antar celah (d) = 2 x 10-5 m

Maka:

= m x d

= 0,0357 x 2 x 10-5

= 6,981 x 10-7 m

= 698,1 nm

Penyimpangan relatif = 698.1−666.2

666.2 = 4,7 %

VII. Analisis Data

Pada praktikum kali ini percobaan dilakukan secara online (r-lab). Percobaan

dimulai dengan login di sitrampil. Setelah login, halaman praktikum akan muncul

pada halaman tersebut, ada video yang dapat menampilkan peralatan yang digunakan

dan beberapa tombol untuk mengontrol peralatan percobaan.

Pertama, praktikan mengklik “set” untuk mengkondisikan peralatan dalam

kondisi awal dan siap digunakan. Kemudian praktikan menyalakan catu daya sehingga

peralatan dapat bekerja. Setelah itu didapatlah hasil scanning intensitas dan dapat

diketahui letak terang maupun gelapnya. Selanjutnya akan muncul secara otomatis

tabel pengambilan data dan praktikan dapat menggunakan data tersebut sebagai hasil

percobaan. Dalam tahap ini, dapat terjadi beberapa kesalahan yang dilakukan

praktikan. Misalnya, ketepan dalam meng-klik ketiga tombol yaitu tombol set,

menghidupkan catu daya, atau mengukur scanning intensitas, yang dapat berakibat

pada kesalahan dalam hasil yang ditampilkan oleh tabel. Bila ini terjadi, maka

penghitungan panjang gelombang cahaya pun tidak akan tepat (presisi). Kesalahan

lain yang bisa dapat dari kondisi lingkungan sekitar percobaan yang tidak dapat

diketahui detil oleh praktikan karena dilakukan secara online.

Dari tabel yang telah diunduh, dapat dibuat grafik intensitas cahaya. Dari grafik

tersebut dapat diketahui letak terang orde ke 0, 1, 2, dst, maka dapat dicari jarak orde

ke 1, 2, dst terhadap orde ke 0. Jarak tersebut selanjutnya disubstitusikan ke dalam

persamaan sin θ = Y / L untuk mendapatkan besar sudut θ. Untuk mencari panjang

gelombang, dapat digunakan rumus

λ= (sin θ / m) d,

dimana sin θ / m adalah gradien dari grafik sin θ vs m, sehingga didapatkan rumus

λ= m × d

Walaupun sudut θ cukup kecil, namun penghitungan panjang gelombang (λ) dengan

menggunakan dua pendekatan yang berbeda (sin θ dan tan θ) menghasilkan suatu

penyimpangan relatif, walaupun kecil, 4,7%. Penyimpangan relatif tersebut dapat pula

diakibatkan oleh kesalahan dalam pembulatan dalam pengolahan data.

Berdasarkan grafik hubungan antara m (letak terang) dengan sin θ dan tan θ, dapat

dilihat bahwa keduanya berbanding lurus. Semakin besar orde terang, maka sin θ

ataupun tan θ nya juga semakin besar. Begitu juga sebaliknya.

VIII. Kesimpulan

- Nilai Sin θ sama dengan tan θ, dimana adalah sudut difraksinya (θ) dan saling berbeda

- Pendekatan Sinθ dan tanθ berbanding lurus dengan orde, berarti bahwa

semakin besar orde maka sinθ dan tanθ juga akan semakin besar.

- Panjang gelombang bergantung pada pertambahan orde serta sudut difraksinya.

IX. Referensi

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.

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid 2 (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Link RLab: http://sitrampil5.ui.ac.id/or0 1

OR01_Pengukuran Panjang Gelombang Laser_Muhamad Ryan Dwi Pramono_1306407571_Teknik Perkapalan

Documents