Optik non linier

Optik nonlinier adalah ilmu pengetahuan modern terbaru yang berhubungan dengan fenomena fisika yang terjadi akibat medan yang ditimbulkan oleh laser. Teknologi ini dinamakan teknologi fotonik sebagai pengganti teknologi elektronik untuk memperoleh, menyimpan, menyiapkan, mengirim dan memproses informasi. Konsep komputer optik, proses sinyal optik dan penggambaran analisis sedang dikembangkan dengan menggunakan proses optik nonlinier sebagai konversi frekuensi, modulasi cahaya, optical switching, optical logic, penyimpan memori optik, dan fungsi optik terbatas.

Material-material optik nonlinier yang dipakai saat ini dalam fabrikasi devais-devais fotonik pasif dan aktif adalah kristal-kristal anorganik yang bersifat feroelektrik misalnya kristal kalium dideterium pospat(kdp) untuk pengganda frekuensi laser, kristal lithium niobat(linbo3) untuk modulator elektrooptik dan kristal barium titanat(batio3) untuk aplikasi konjugasi fasa. Meskipun teknologi penumbuhan kristal untuk material-material ini berkembang jauh dan optik nonlinieritasnya cukup untuk kebanyakan aplikasi fotonik, namun material-material ini mempunyai kelakuan yang tak menguntungkan; misalnya harus dalam bentuk kristal tunggal. Hal lain yang lebih sulit diatasi adalah bahwa kristal-kristal itu dalam optical switching masih terlalu lambat. Keterbatasan-keterbatasan ini memaksa orang untuk mencari material baru yang tepat dalam aplikasinya. Material-material organik merupakan kandidat bagi optik nonlinier karena beberapa alasan :

1.         Waktu respon sangat cepat.

2.         Suseptibilitas off-resonance sama atau lebih besar dari pada kristal organik.

3.         Mudah difabrikasi.

4.         Mudah diintegrasikan di dalam devais.

5.         Ambang kerusakannya terhadap laser cukup tinggi

6.         Harganya relatif lebih murah.

Namun demikian, hingga saat ini masih harus dilakukan riset untuk pengembangannya. Beberapa aspek yang menjadi obyek riset dalam optik nonlinier antara lain adalah :

1.         Pemahaman tentang proses optik nonlinier.

2.         Kaitan antara proses optik nonlinier dan struktur material.

3.         Rekayasa dan sintesis material untuk memperoleh sifat-sifat termal dan mekanik serta stabilitas terhadap cahaya yang baik.

Sejarah perkembangan optika nonlinear

Berikut ini adalah beberapa kemajuan penting dalam bidang optik nonlinier:

·         Penemuan laser oleh towness (1960)

·         Pengamatan pertama mengenai efek optik nonlinier pada gerak harmonik orde kedua oleh frenken (1961).

·         Pengamatan pertama mengenai efek optik nonlinier pada gerak harmonik orde kedua oleh terhune (1962).

·         Demonstrasi pertama untuk simulasi penghamburan raman, e. J. Woodbury dan w. K. Ng (1962).

·         Prediksi teoritis pertama mengenai generasi solition dalam fiber optik.

·         H. M. Gibbs (1976), demonstrasi pertama untuk menjelaskan bistability optik.

·         L. F. Mollenaure (1980), konfirmasi pertama mengenai generasi solition dalam fiber optik.

Sepanjang sejarah ilmu optik dan hingga munculnya relativitas,  semua media optik dianggap linier. Konsekuensi dari asumsi ini adalah :

·         Sifat optik dari bahan, seperti indeks bias dan koefisien absorpsi, independen terhadap intensitas cahaya.

·         Prinsip superposisi, prinsip dasar optik klasik, berlaku.

·         Frekuensi cahaya tidak pernah diubah oleh perjalanan melalui media.

·         Dua berkas cahaya di daerah yang sama dari media tidak berpengaruh pada satu sama lain  sehingga cahaya tidak dapat digunakan untuk mengontrol cahaya yang lain.

Operasi laser pertama pada tahun 1960 memungkinkan kami untuk mengkaji perilaku cahaya dalam bahan optik pada intensitas yang lebih tinggi dari sebelumnya. Percobaan dilakukan di era pasca-laser yang jelas menunjukkan bahwa media optik pada kenyataannya menunjukkan perilaku nonlinear, sebagaimana dicontohkan oleh pengamatan berikut:

·         Indeks bias, dan kecepatan cahaya dalam bahan optik nonlinear , tidak tergantung pada intensitas cahaya.

·         Prinsip superposisi dilanggar dalam bahan optik nonlinear.

·         Frekuensi cahaya diubah saat melewati bahan optik nonlinear; misalnya, cahaya dapat berubah dari merah ke biru.

·         Foton yang berinteraksi dalam batas-batas dari bahan optik nonlinear, sehingga cahaya  memang bisa digunakan untuk mengontrol cahaya lainnya.

                                                                                                                               

Bidang optik nonlinier menawarkan sejumlah fenomena menarik , yang sangat berguna . Perilaku optik nonlinier tidak diamati ketika cahaya perjalanan di ruang bebas. Optik  " nonlinier " berada dalam medium yang melalui perjalanan cahaya , bukan di cahaya itu sendiri . Interaksi cahaya dengan cahaya karena itu dimediasi oleh bahan nonlinier: adanya medan optik memodifikasi sifat-sifat medium tersebut, yang pada gilirannya menyebabkan bidang lain di optik, atau bahkan bidang lain yang tersendiri, untuk dimodifikasi. Sebagaimana, sifat-sifat bahan dielektrik melalui yang merambatkan gelombang elektromagnetik optik dijelaskan oleh hubungan antara
polarisasi - density vektor p ( r , t ) dan listrik - medan vektor e ( r , t ) . Memang hal ini berguna untuk melihat p ( r , t ) sebagai output dari sistem yang input adalah e ( r , t ).

Hubungan matematika antara fungsi vektor p ( r , t ) dan e ( r , t ) , yang diatur oleh karakteristik media, mendefinisikan sistem. Media dikatakan nonlinier jika hubungan ini tidak linier. Dalam bab ini, media dielektrik yang diklasifikasikan lebih lanjut berhubungan dengan dispersifitas mereka, yaitu  homogenitas, dan isotropi. Untuk fokus pada efek utama bunga - nonlinier - bagian pertama dari eksposisi kami dibatasi untuk media yang  adalah nondispersive, homogen, dan isotropik. Vektor p dan e secara konsekuen paralel di setiap posisi dan waktu dan karenanya dapat diperiksa pada komponen-bycomponent  dasar.

Teori optik nonlinier dan aplikasinya disajikan pada dua tingkat. Suatu pendekatan yang disederhanakan disediakan dalam detik. Hal ini diikuti oleh lebih rinci  analisis fenomena yang sama oleh persamaan gelombang optik nonlinier. Propagasi cahaya dalam media ditandai dengan orde kedua (kuadrat) nonlinear hubungan antara p dan e. Aplikasi termasuk penggandaan frekuensi gelombang monokromatik (generasi kedua-harmonik), pencampuran dua gelombang monokromatik untuk menghasilkan gelombang ketiga pada jumlah mereka atau frekuensi perbedaan (konversi frekuensi), penggunaan dua gelombang monokromatik untuk memperkuat gelombang ketiga (parametrik amplifikasi), dan penggabungan umpan balik dalam perangkat parametrik-amplifikasi untuk membuat sebuah osilator (osilasi parametrik). 

Difraksi

Difraksi adalah lentur gelombang (seperti gelombang cahaya atau gelombang suara) ketika mereka lulus sekitar hambatan atau melalui sebuah lubang. Siapapun yang telah menonton gelombang laut memasuki teluk atau pelabuhan mungkin telah menyaksikan difraksi. Sebagai gelombang menyerang titik pertama dari tanah, mereka mengubah arah. Alih-alih pindah ke teluk atau pelabuhan sejajar dengan (dalam arah yang sama seperti) tanah, mereka melakukan perjalanan di sebuah sudut untuk itu. Sempit pembukaan, yang lebih dramatis efeknya. Sebagai gelombang memasuki pembukaan pelabuhan sempit, seperti San Fransisco Golden Gate, mereka berubah dari satu set paralel front gelombang dengan pola berbentuk kipas.

Difraksi cahaya memiliki banyak aplikasi penting. Sebagai contoh, sebuah perangkat yang dikenal sebagai kisi difraksi digunakan untuk memecah cahaya putih menjadi komponen terpisah yang berwarna. Pola yang dihasilkan oleh kisi-kisi difraksi memberikan informasi tentang jenis cahaya yang jatuh pada mereka.

Pengertian Difraksi

Fundamental

Semua gelombang tunduk pada difraksi ketika mereka menghadapi kendala di jalan mereka. Pertimbangkan bayangan tiang bendera dilemparkan oleh matahari di tanah. Dari kejauhan zona gelap bayangan memberikan kesan bahwa perjalanan cahaya dalam garis lurus dari Matahari terhalang oleh tiang. Tapi pengamatan yang cermat dari tepi bayangan akan mengungkapkan bahwa perubahan dari gelap ke terang tidak tiba-tiba. Sebaliknya, ada daerah abu-abu di sepanjang tepi yang diciptakan oleh cahaya yang bengkok-atau difraksi-di sisi tiang.

Ketika sumber gelombang, seperti bola lampu, mengirimkan berkas melalui celah, atau aperture, pola difraksi akan muncul di layar ditempatkan di belakang aperture. Pola difraksi akan terlihat seperti aperture (mungkin celah, lingkaran, atau persegi) tetapi akan dikelilingi oleh beberapa gelombang difraksi yang memberikan penampilan yang kabur.

Difraksi yang terjadi terutama tergantung pada dua variabel: panjang gelombang dari gelombang dan ukuran pembukaan atau aperture melalui gelombang lulus. (Wavelength didefinisikan sebagai jarak antara dua bagian identik gelombang, seperti dua puncak berturut-turut gelombang. Satu-satunya perbedaan antara gelombang cahaya, gelombang radar, gelombang sinar X, dan banyak jenis gelombang adalah mereka panjang gelombang-dan frekuensi mereka, yang tergantung pada panjang gelombang mereka.) Panjang gelombang cahaya, misalnya, di kisaran 400-700 nanometer (sepermiliar meter). Sebagai perbandingan, panjang gelombang gelombang radar berkisar dari sekitar 0,1 sampai 1 meter.

Bagian-bagian untuk Tahu

Pola difraksi: Pola gelombang diamati setelah gelombang telah melewati aperture difraksi (atau membuka).

Frekuensi: Jumlah segmen dalam gelombang yang melewati suatu titik tertentu setiap detik.

Pola interferensi: Alternating band terang dan gelap yang dihasilkan dari pencampuran dua gelombang.

Panjang gelombang: Jarak antara dua bagian identik gelombang, seperti dua puncak berturut-turut gelombang.

X-ray difraksi: Sebuah metode yang digunakan untuk mempelajari struktur kristal.

Ketika panjang gelombang gelombang jauh lebih kecil daripada aperture yang dilalui dalam perjalanan, difraksi diamati kecil. Seberkas cahaya perjalanan melalui jendela, misalnya, memiliki panjang gelombang banyak triliunan kali lebih kecil dari bukaan jendela. Akan sulit untuk mengamati difraksi dalam situasi ini. Tapi seberkas cahaya yang melewati lubang pin kecil menghasilkan efek yang berbeda. Dalam hal ini, pola difraksi dapat terlihat cukup jelas.

Aplikasi

Kisi-kisi difraksi. Sebuah kisi difraksi adalah alat yang operasi didasarkan pada difraksi cahaya. Ini terdiri dari plat datar (biasanya terbuat dari kaca atau plastik) menjadi yang terukir ribuan celah tipis atau alur. Keakuratan kisi tergantung pada alur ‘makhluk sejajar satu sama lain, sama spasi, dan sama lebar.

Ketika cahaya pemogokan difraksi kisi-kisi, itu adalah difraksi oleh masing-masing dari ribuan alur individual. Gelombang yang terdifraksi yang dihasilkan kemudian campur atau mengganggu satu sama lain dengan cara yang berbeda, tergantung pada sumber sinar. Cahaya dari lampu uap natrium, dari merkuri (neon) lampu, dan dari lampu pijar semua menghasilkan pola cahaya yang berbeda dalam kisi-kisi difraksi.

Para ilmuwan telah mencatat jenis pola cahaya (spektrum) yang dihasilkan ketika masing-masing dari unsur-unsur kimia yang berbeda dipanaskan dan cahayanya bersinar pada kisi difraksi. Dalam mempelajari cahaya dari suatu objek yang tidak diketahui (seperti bintang), kemudian, difraksi kisi spektrum dapat dibandingkan dengan spektrum yang dikenal elemen. Dengan cara ini, unsur-unsur dalam objek yang tidak diketahui dapat diidentifikasi.

Difraksi sinar-X. Pada tahun 1910-an, William Henry (1862-1942) dan William Lawrence Bragg (1890-1971), tim ayah-dan-anak fisikawan Inggris, memiliki ide yang menarik untuk menggunakan difraksi. Mereka berangkat untuk menemukan difraksi sangat terbaik kisi orang bisa membayangkan dan memutuskan bahwa kristal-kristal seperti meja biasa garam sesuai dengan tagihan. Atom dan ion yang membentuk kristal diatur dalam cara yang sama seperti alur dari kisi-kisi difraksi. Atom kristal dan ion yang diletakkan di baris yang sangat teratur tepat pada jarak yang sama dari satu sama lain, seperti halnya dengan kisi-kisi difraksi. Namun ukuran “alur” dalam kristal (ruang antara atom dan ion) jauh lebih kecil daripada di difraksi buatan manusia kisi.

The Braggs mulai bekerja bereksperimen dengan kristal dan difraksi. Sayangnya, panjang gelombang gelombang cahaya itu terlalu besar untuk difraksi oleh atom dan ion dalam kristal. Tapi sinar-X yang memiliki panjang gelombang yang jauh lebih kecil dari cahaya gelombang-akan lentur sempurna dari deretan atom atau ion dalam kristal.

Ketika Braggs bersinar sinar X dari berbagai kristal, mereka membuat penemuan yang menarik. Untuk setiap jenis kristal dipelajari, pola yang unik lingkaran kabur diproduksi. Sinar X telah difraksi sesuai dengan cara-cara di mana atom atau ion yang diatur dalam kristal. The Braggs telah menemukan metode untuk menentukan bagaimana atom atau ion yang diatur dalam kristal tertentu. Metode tersebut, yang dikenal sebagai kristalografi sinar-X, sekarang menjadi salah satu alat yang paling kuat yang tersedia untuk ahli kimia untuk menganalisis struktur zat.

DIFRAKSI

1. Apakah yang dimaksud dengan difraksi ?
Difraksi adalah lenturan yaitu peristiwa pematahan gelombang oleh celah sempit sebagai penghalang. Difraksi terjadi dengan kuat bila lebar celah tidak jauh berbeda dengan panjang gelombangnya. 
Difraksi dapat terjadi pada semua bentuk gelombang. Misalnya gelombang permukaan air yang terhalang oleh papan bercelah. Setelah gelombang melewati celah itu, maka akan menyebar ke segala arah. 
Peristiwa difraksi yang dialami oleh gelombang cahaya adalah sebagai berikut :
1. Difraksi pada celah tunggal 
2. Difraksi pada kisi 

2. Berikan contoh peristiwa difraksi untuk cahaya dan bunyi, berikan ilustrasi dengan menggunakan gambar!
Difraksi Cahaya

Difraksi Bunyi

3. Jelaskan peristiwa difraksi pada penghalang gelombang laut pada pelabuhan ! 
Ketika dalam perjalanan serangkaian gelombang dijumpai penghalang impermeable seperti breakwaters, pulau atau tanjung, maka puncak gelombang akan berputar terhadap ujung penghalang dan bergerak ke daerah yang terlindungi oleh penghalang tersebut. Fenomena gelombang seperti ini disebut Difraksi Gelombang. Difraksi terjadi ketika terjadi perbedaan energi gelombang yang tajam sepanjang puncak gelombang. Pada awalnya kondisi daerah yang terlindung penghalang cukup tenang (tidak ada gelombang) saat gelombang melintasi penghalang. Perairan yang jauh dari penghalang akan memiliki energi yang lebih banyak (energi gelombang awal) dibandingkan dengan perairan di belakang penghalang yang semula tenang (tidak adanya energi ikarena tidak ada gelombang), sehingga terjadilah proses pemindahan energi di sepanjang puncak gelombang tersebut ke arah daerah yang terlindung penghalang. Pada proses difraksi ini kedalaman air dianggap sama. Namun pada umumnya di daerah yang terlindung oleh penghalang, tinggi gelombang semakin berkurang.
Jika penghalang tersebut memantulkan energi gelombang, maka puncak gelombang pantulan juga akan terdifraksi dan membentuk pola puncak gelombang yang melingkari ujung penghalang.

4. Apakah yang dimaksud dengan bayangan Akustik ?
Bayangan akustik ( acoustic shadow ) , terjadinya pengurangan intensitas gema di belakang massa, karena kuatnya atenuasi jaringan di atasnya.


5. Jelaskan peristiwa difraksi yang mempengaruhi penerimaan gelombang siaran yang diterima untuk sinyal radio dan TV !
Gelombang radio AM mampu mengelilingi gunung tanpa mengalami banyak kesulitan. Sebaliknya, sulit untuk dapat menangkap gelombang TV. Dari kasus ini, secara intuitif dapat disimpulkan bahwa panjang gelombang pendek (shortwave) cenderung menjalar sepanjang garis lurus, sedangkan panjang gelombang radio yang lebih panjang mengalami pembelokan yang disebut dengan difraksi.
Untuk menganalisis peristiwa difraksi, akan dilakukan eksperimen yang sangat mirip dengan kegiatan percobaan interferensi pada celah celah banyak. Difraksi merupakan gejala pembelokan gelombang ketika menjalar melalui celah sempit atau tepi yang tajam. 
Arah rambat gelombang mengalami pembelokan, karena sesuai dengan prinsip Huygens, yang menyatakan bahwa dalam proses perambatan gelombang bebas, semua titik pada muka gelombang merupakan sumber titik baru dan akan merambatkan gelombang sekunder sferis kesegala arah. Gelombang sekunder mempunyai frekuensi yang sama dengan gelombang primernya. Muka gelombang baru merupakan garis singgung dari lingkaran gelombang-gelombang sekunder tersebut, serta arah gelombang tegak lurus dengan muka gelombang.

6. Apakah yang dimaksud dengan Huygen’s Principle, jelaskan dengan gambar 1 !
Prinsip Huygens menerangkan bahwa setiap muka gelombang dapat dianggap memproduksi wavelet atau gelombang-gelombang baru dengan panjang gelombang yang sama dengan panjang gelombang sebelumnya. Wavelet bisa diumpamakan gelombang yang ditimbulkan oleh batu yang dijatuhkan ke dalam air.
Prinsip Huygens bisa dipakai untuk menerangkan terjadinya difraksi cahaya pada celah kecil. Pada saat melewati celah kecil, muka gelombang akan menimbulkan wavelet baru yang jumlahnya tak terhingga sehingga gelombang tidak mengalir lurus saja, tetapi menyebar.

7. Jelaskan yang dimaksud dengan Young’ Experiment !
Percobaan young merupakan percobaan yang dilakukan dengan menggunakan dua celah kecil sehingga dihasilkan dua sumber cahaya. Pada cahaya monokromatis akan dihasilkan cahaya gelap terang atau interferensi maksimum dan minimum. Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya dari kedua celah tersebut. Garis terang terjadi jika kedua sumber cahaya mengalami interferensi yang saling menguatkan. Adapun garis gelap, terjadi jika kedua sumber cahaya mengalami interferensi yang saling melemahkan. Pada cahaya polikromatis dihasilkan cahaya seperti pelangi.

8. Jelaskan kenapa ruang studio, rekaman,atau ruang konser memerlukan desain ruang akustik khusus,lengkapi dengan gambar !
Dalam sebuah ruangan tertutup, jalur perambatan energi akustik adalah ruangan itu sendiri. Oleh karena itu, pengetahuan tentang fenomena suara yang terjadi dalam ruangan akan sangat menentukan pada saat diperlukan pengendalian kondisi mendengar pada ruangan tersebut sesuai dengan fungsinya. Fenomena suara dalam ruangan dapat digambarkan pada sketsa berikut:

Dari sketsa tersebut, dapat dilihat bahwa pada setiap titik pengamatan atau titik dimana orang menikmati suara (pendengar) akan dipengaruhi oleh 2 komponen suara, yaitu komponen suara langsung dan komponen suara pantul. Komponen suara langsung adalah komponen suara yang sampai ke telinga pendengar langsung dari sumber. Besarnya energi suara yang sampai ke telinga dari komponen suara ini dipengaruhi oleh jarak pendengar ke sumber suara dan pengaruh penyerapan energi oleh udara. Komponen suara pantul merupakan komponen suara yang sampai ke telinga pendengar setelah suara berinteraksi dengan permukaan ruangan disekitar pendengar (dinding, lantai dan langit-langit). Total energi suara yang sampai ke telinga pendengar dan persepsi pendengar terhadap suara yang didengarnya tentu saja akan dipengaruhi kedua komponen ini. Itu sebabnya komponen suara pantul akan sangat berperan dalam pembentukan persepsi mendengar atau bias juga disebutkan karakteristik akustik permukaan dalam ruangan akan sangat mempengaruhi kondisi dan persepsi mendengar yang dialami oleh pendengar.
Ada 2 ekstrim yang berkaitan dengan karakteristik permukaan dalam ruangan, yaitu apabila seluruh permukaan dalam ruangan bersifat sangat menyerap dan seluruh permukaan dalam ruangan bersifat sangat memantulkan energi suara yang sampai kepadanya. Bila permukaan dalam ruang seluruhnya sangat menyerap, maka komponen suara yang sampai ke pendengar hanyalah komponen langsung saja dan ruangan yang seperti ini disebut ruang anechoic (anechoic chamber). Sedangkan pada ruang yang seluruh permukaannya bersifat sangat memantulkan energi, maka komponen suara pantul akan jauh lebih dominant dibandingkan komponen langsungnya, dan biasa disebut sebagai ruang dengung (reverberation chamber) . Ruangan yang kita gunakan pada umumnya berada diantara 2 ekstrim itu, sesuai dengan fungsinya. Ruang Studio rekaman misalnya lebih mendekati ruang anechoic, sedangkan ruangan yang berdinding keras lebih menuju ke ruang dengung. Desain akustik ruangan tertutup pada intinya adalah mengendalikan komponen suara langsung dan pantul ini, dengan cara menentukan karakteristik akustik permukaan dalam ruangan (lantai, dinding dan langit-langit) sesuai dengan fungsi ruangannya.

Interferometer

Interferensi adalah penggabungan secara superposisi dua gelombang atau lebih yang bertemu pada satu titik di ruang. Apabila dua gelombang yang berfrekuensi dan berpanjang gelombang sama tapi berbeda fase bergabung, maka gelombang yang dihasilkan merupakan gelombang yang amplitudonya tergantung pada perbedaan fasenya. Jika perbedaan fasenya 0 atau bilangan bulat kelipatan 3600, maka gelombang akan sefase dan berinterferensi secara saling menguatkan (interferensi konstruktif).

 Sedangkan amplitudonya sama dengan penjumlahan amplitudo masing-masing gelombang. Jika perbedaan fasenya 1800 atau bilangan ganjil kali 1800, maka gelombang yang dihasilkan akan berbeda fase dan berinterferensi secara saling melemahkan (interferensi destruktif). Amplitudo yang dihasilkan merupakan perbedaan amplitudo masing-masing gelombang (Tipler, 1991). Suatu alat yang dirancang untuk menghasilkan interferensi dan pola-polanya yang dihasilkan dari perbedaan panjang lintasan disebut interferometer optik.

Interferometer dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu interferometer pembagi muka gelombang dan interferometer pembagi amplitudo. Pada pembagi muka gelombang, muka gelombang pada berkas cahaya pertama di bagi menjadi dua, sehingga menghasilkan dua buah berkas sinar baru yang koheren, dan ketika jatuh di layar akan membentuk pola interferensi yang berwujud frinji gelap terang berselang-seling. Pola terang terjadi apabila gelombanggelombang dari kedua berkas sinar sefase sewaktu tiba di layar.

Sebaliknya pola gelap terjadi apabila gelombang-gelombang dari kedua berkas sinar berlawanan fase sewaktu tiba di layar. Agar pola interferensi nyata, tempat garis-garis gelap terang itu harus tetap sepanjang waktu yang berarti beda fase antara gelombang-gelombang dari kedua celah harus tidak berubah-ubah dan hal ini hanya mungkin apabila kedua gelombang tersebut koheren, yaitu identik bentuknya (Soedojo, 2001).

Untuk pembagi amplitudo, diumpamakan sebuah gelombang cahaya jatuh pada suatu lempeng kaca yang tipis. Sebagian dari gelombang akan diteruskan dan sebagian lainnya akan dipantulkan. Kedua gelombang tersebut tentu saja mempunyai amplitudo yang lebih kecil dari gelombang sebelumnya. Ini dapat dikatakan bahwa amplitudo telah terbagi. Jika dua gelombang tersebut bisa disatukan kembali pada sebuah layar maka akan dihasilkan pola interferensi (Hecht, 1992).

Prinsip dasar interferometer

Interferometer adalah suatu perangkat untuk pengukuran yang memanfaatkan gejala inteferensi. Pada umumnya prinsip dasar interferometer yang memanfaatkan sifat koherensi perhatikan gambar dibawah :

Menurut ciri pokoknya, interferometer dapat dibagi dalam dua kategori yaitu :

a.       Interferometer pembelahan muka gelombang

Dalam sistem ini kedua berkas gelombang yang berinteferensi diperoleh dari sumber gelombang semula tanpa mnegurangi intensitasnya atau dengan perkataan lain cahaya dapat dibagi dua menurut posisi geometrisnya, misalnya bagian atas berkasnya menjadi berkas uji dan bagian bawah menjadi berkas referensi.

b.      Interferometer pembelah amplitudo

Dalam hal ini kedua gelombang yang berinteferensi diperoleh dengan mebagi intensitas gelombang semula, atau dengan perkataan lain cahaya dibagi dua berkas yang sama bentuknya, tetapi dengan amplitudo yang berbeda.

Berkas uji adalah berkas cahaya yang dikenakan dengan objek yang akan diukur/diuji. Objek dapat berupa cermin bergerak ( yang pergeserannnya ingin diukur), gas (yang variasi indeks biasnya ingin diketahui) dan lain lain. Sedangkan berkas referensi adalah berkas cahaya pola fasanya dipertahankan tetap untuk anntinya dipertemukan lagi dengan berkas uji.

Perpaduan kedua gelombang menghasilkan pala interferensi (garis atau daerah terang gelap saja) yang diamatai oleh detektor (layar, fotodioda, film, dan sebagainya). Interfernsi antara keduanya memberikan informasi mengenai apa yang telah dialami berkas uji, sehingga pada gilirannya  memberikan informasi mengenai objek ini.

Jenis-jenis interferometer

- Interferometer young

Interferometer young adalah jenis interferometer pembelah muka dua dimana kegunaan interferometer ini adalah antara lain untuk memeriksa derajat koherensi sumber cahaya dan menguku rjarak yang kecil antara dua celah. Prinsip kerja dari interferometer young diperhatikan pada gambar dibawah ini.

Pada eksperimen young hasil inteferensinya diamati pada layar yang berjarak L yang jauh lebih besar dari jarak antara celah d. Untuk konfigurasi eksperimen ini berlaku aproksimasi medan jauh dimana :

Dalam pendekatan ini, selisih lintasan gelombang yang menjalar melalui dua celah terpisah adalah :

Kedudukan frinji pada bidang pengamatan diungkapkan oleh koordinat

- Interferometer Michelson

Interferometer michelson adalah termasuk interferometer pembelah amplitudo dimana interferometer ini sangat berguna dalam pengukuran indeks bias, pengukuran panjang (yang diukur adalah pergeseran total cerimin uji), pengukuran getaran (vibrasi) dan dapat juga digunakan untuk pengukuran simpangan permukaan (disini permukaan menjadi cermin uji). Pada gambar dibawah ini diperlihatkan konfigurasi interferometer Michelson, yaitu terdiri dari dumber cahaya, pemisah berkas, cermin referensi, cermin uji.

Intensitas maksimum (keadaan terang) diperoleh .  dengan bilangan bulat. Sedangkan intensitas minimum (keadaan gelap) diperoleh .  dengan demikian intensitas akan berubah dari maksimum ke minimum atau sebaliknya dengan pergeseran sejauh simpangan  dimana  panjang gelombang sinar laser yang digunakan.

Untuk memahami fenomena interferensi harus berdasar pada prinsip optika fisis, yaitu cahaya dipandang sebagai perambatan gelombang yang tiba pada suatu titik yang bergantung pada fase dan amplitude gelombang tersebut. Untuk memperoleh pola-pola interferensi cahaya haruslah bersifat koheren, yaitu gelombang-gelombang harus bersalah dari satu sumber cahaya yang sama. Koherensi dalam optika sering dicapai dengan membagi cahaya dari sumber celah tunggal menjadi dua berkas atau lebih, yang kemudian dapat digabungkan untuk menghasilkan pola interferensi.

Pada interferensi, apabila dua gelombang yang berfrekuensi dan berpanjang gelombang sama tapi berbeda fase bergabung, maka gelombang yang dihasilkan merupakan gelombang yang amplitudonya tergantung pada perbedaan fase.

Perbedaan fase antara dua gelombang sering disebabkan oleh adanya perbedaan panjang lintasan yang ditempuh oleh kedua gelombang. Perbedaan lintasan satu panjang gelombang menghasilkan perbedaan fase 360o, yang ekivalen dengan tidak ada perbedaan fase sama sekali. Perbedaan lintasan setengah panjang gelombang menghasilkan perbedaan

fase 180o. Umumnya, perbedaan lintasan yang sama dengan Δd menyumbang suatu perbedaan fase δ yang diberikan oleh :

Suatu alat yang dirancang untuk menghasilkan interferensi dan pola-polanya yang dihasilkan dari perbedaan panjang lintasan disebut interferometer optic. Interferometer dibagi menjadi 2 jenis, yaitu interferometer pembagi muka gelombang dan terferometer pembagi amplitude. Pada pembagi muka gelombang, muka gelombang pada berkas cahaya pertama dibagi menjadi dua, sehingga menghasilkan dua buah berkas sinar baru yang koheren, dan ketika jatuh di layar akan membentuk pola interferensi yang berwujud cincin gelap terang berselang-seling.

Pola terang terjadi apabila gelombang-gelombng dari kedua berkas sinar sefase sewaktu tiba di layar. Sebaliknya, pola gelap terjadi apabila gelombang-gelombang dari kedua berkas sinar berlawanan fase sewaktu tiba di layar. Agar pola interferensi nyata, tempat garis-garis gelap terang itu harus tetap sepanjang waktu yang berarti beda fase antara gelombang-gelombang dari kedua celah harus tidak berubah-ubah dan hal ini hanya mungkin apabila kedua gelombang tersebut koheren, yaitu identik bentuknya.

Untuk interferometer pembagi amplitudo, diumpamakan sebuah gelombang cahaya jatuh pada suatu lempeng kaca yang tipis. Sebagian dari gelombang akan diteruskan dan sebagian lagi akan dipantulkan. Kedua gelombang tersebut tentu saja mempunyai amplitudo gelombang yang lebih kecil dari gelombang sebelumnya. Ini dapat dikatakan bahwa amplitudo telah terbagi. Jika kedua gelombang tersebut bisa disatukan kembali pada sebuah layar, maka akan dihasilkan pola interferensi.

Gambar di atas merupakan diagram skematik interferometer Michelson. Oleh permukaan beam splitter (pembagi berkas) cahaya laser, sebagian dipantulkan ke M1 dan sisanya ditransmisikan ke M2. Bagian yang dipantulkan ke M1 akan dipantulkan kembali ke beam splitter yang kemudian menuju ke layar. Adapun bagian yang ditransmisikan oleh M2 juga akan dipantulkan kembali ke beam splitter, kemudian bersatu dengan cahaya dari M1 menuju layar, sehingga kedua sinar akan berinterferensi yang ditunjukkan dengan adanya pola-pola cincin gelap terang.

Pengukuran jarak yang tepat dapat diperoleh dengan menggerakkan M2 pada interferometer Michelson dan menghitung cincin yang bergerak atau berpindah, dengan acuan suatu titik pusat. Sehingga diperoleh jarak pergeseran yang berhubungan dengan perubahan cincin :

Dengan :

Δd = perubahan lintasan optis

λ = panjang gelombang sumber cahaya

ΔN = perubahan jumlah cincin

Panjang koherensi merupakan jarak sejauh mana dapat berinterferensi. Panjang koherensi suatu gelombang tertentu, seperti laser atau sumber lain dapat dijelaskan dari persamaan berikut :

Dimana :

Lc = panjang koherensi

τc = koherensi waktu

c = cepat rambat cahaya

Δv = lebar spectrum

Pada interferometer Michelson, panjang koherensi sama dengan dua kali panjang lintasan optic antara kedua lengan pada interferometer Michelson, diukur pada saat penampakan frinji sama dengan nol. ketika movable mirror digerakkan, maka kedua berkas laser yang melewati L1 dan L2 memiliki jarak lintasan yang berbeda. Sehingga beda optic masing-masing berkas adalah 2L1 dan 2L2. Jadi beda lintasan optisnya dalah :

-Interferometer Twyman-Green

Interferometer ini mirip dengan interferometer michelson. Pada interferometer ini digunakan cahaya yang terkolomasi (lebara dan sejajar) dalam hal ini pola inferensi yang dihasilkan yang dihasilakan tidak lagi berbentuk cincin kosentris, melainkan brupa “spot” yang dapat dipusatkan dengan sebuah lensa. Interferometer ini pada umumnya digunakan untuk menguji permukaan optik, yaitu memeriksa apakah terdapat cacat atau penyimpangan dari bentuk yang diharapakan. Pada gambar dibawah ini diperlihatkan perangakat Interferometer Twyman-Green .

-Interferometer Mach-Zechnder

Pada perangkat Interferometer Mach-Zechnder diperlihatkan pada gambar dibawah ini, dimana lintasan cahaya membentuk empat persegi panjang dan sumber tak terkolimasi pada interferometer ini berkas uji berkas referensi menjalani lintasan yang simetris baik bentuk maupun arahnya, dengan demikian interferometer ini tidak begitu peka terhadap gangguan dari luar (gerakan udara, getaran, dan sebagainya), karena gengguan akan terjadi dengan sama besar pada berkas uji dan berkas referensi. Pada umumnya interferometere ini digunakan untuk mengukur variasi fasa yang dialami berkas uji, pngujian elemen optik dan variasi kerapatan aliran gas dalam terowongan angin sampai ke pnegukuran kountur densitas plasma dalam reaktor  termonuklir.