Difraksi Cahaya

Difraksi cahaya dapat didefinisikan sebagai pelenturan cahaya yaitu saat suatu cahaya melalui celah maka cahaya dapat terpecah-pecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan memiliki sifat seperti cahaya baru. Sifat-sifat difraksi pada cahaya ini dapat dibuktikan dengan melihat pola interferensi yang terjadi pada layar saat dipasang dibelakang celah. Ada beberapa peristiwa difraksi yang dapat kalian pelajari.

Difraksi Cahaya Pada Celah Tunggal

Difraksi/lenturan cahaya pada celah tunggal akan menghasilkan garis terang/interferensi maksimum pada layar yang berjarak L dari celah apabila selisih lintasan antara cahaya yang datang dari A dan B adalah (2n + 1)  λ, kemudian akan terjadi garis gelap atau interferensi minimum jika selisih lintasannya adalah (2n)  λ.

Difraksi Cahaya Pada Celah Tunggal

Gambar diatas, menggambarkan sebuah celah sempit yang mempunyai lebar d, disinari dengan cahaya sejajar monokromatik secara tegak lurus pada celah. Apabila di belakang celah ditaruh layar pada jarak L dari celah maka akan tampak pada layar berupa garis terang dan gelap yang berada di sekitar terang pusat. Celah sempit tersebut kita bagi menjadi 2 bagian yang masing-masing lebarnya d. Kelompok cahaya dari bagian atas dan bawah akan berinterferensi di titikP yang terletak pada layar tergantung pada selisih lintasannya. Di titik O yang berada pada layar yang juga merupakan titik tengah-tengah celah, maka semua cahaya yang berasal dari celah bagian atas dan bagian bawah sampai ke titik O mempunyai jarak lintasan yang sama, sehingga di titik O terjadi interferensi maksimum atau sering juga disebut dengan terang pusat. Sedangkan hasil interferensi di titik P tergantung pada selisih lintasan yang ditempuh oleh cahaya tersebut.

Apabila celah kita bagi dua maka cahaya dari tepi celah cahaya 1 dan 5 akan berinterferensi di titik P akan menghasilkan garis gelap jika selisih lintasannya  λ. Persamaannya dapat dituliskan :  d sin θ = λ atau d sin θ=  λ.

Apabila celah dibagi empat, maka garis gelap akan terjadi bila  d sin θ =  λ atau d sin θ = 2λ.

Apabila celah dibagi 6, maka garis gelap akan terjadi bila  d sin θ =  λ atau d sin θ = 3λ.

Jadi untuk garis gelap ke-n pada layar akan terbentuk jika d sin θ = n λ; n = 1, 2, 3, … dan seterusnya.

Untuk sudut θ kecil berlaku bahwa sin  , maka

dengan :

d = lebar celah (m)
p = jarak garis gelap ke terang pusat (m)
L = jarak layar ke celah (m)
λ = panjang gelombang cahaya yang digunakan (m)
n = orde interferensi/ menyatakan garis gelap dari terang pusat

Dengan cara yang sama di titik P akan terjadi garis terang jika :

Difraksi Cahaya pada Kisi

Kisi adalah celah sangat sempit yang dibuat dengan menggores sebuah lempengan kaca dengan intan. Sebuah kisi dapat dibuat 300 sampai 700 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, maka d = . Misalnya sebuah kisi memiliki 500 garis/mm maka lebar celah kisi tersebut adalah .

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 adalah 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 celabar celahnya semakin sempit atau konstanta kisinya semakin banyak/besar. Garis gelap dan terang dan spektrum tersebut merupakan hasil interferensi dari cahaya yang berasal dari kisi tersebut yang jatuh pada layar titik/tempat tertentu.

Difraksi pada kisi

Gambar diatas menggambarkan cahaya monokromatik sejajar yang datang tegak lurus bidang kisi, cahaya yang melalui kisi dilenturkan dan memiliki fase yang sama. Semua cahaya yang melalui celah kisi akan dikumpulkan menjadi satu oleh lensa positif dan diproyeksikan pada layar menjadi garis terang dan gelap.

Misalkan semua cahaya yang melalui celah kisi dilenturkan/didifraksikan dengan sudut θ dan dikumpulkan pada satu titik P yang berjarak p dari terang pusat (O) pada layar yang berjarak Ldari kisi. Hasil interferensi cahaya di titik P tergantung pada selisih lintasan yang ditempuh cahaya dari celah yang berdekatan yaitu d sin θ. Di titik P akan terjadi garis terang jika d sin θsama dengan kelipatan bilangan bulat kali panjang gelombang atau kelipatan bilangan genap kali setengah gelombang. Sebaliknya akan terjadi garis gelap jika d sin θ sama dengan kelipatan bilangan ganjil kali setengah panjang gelombang. Secara matematik dapat dinyatakan :

Di P terjadi garis terang jika :

d sin θ = n λ atau 

Di P akan terjadi garis gelap jika :

d sin θ = (2n+1)  λ atau 

dengan :

d = lebar celah kisi (m)
θ = sudut difraksi (derajat)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
n = orde difraksi
p = jarak garis gelap/terang ke terang pusat (m)
L = jarak layar ke kisi (m)