Interferensi Cahaya

Interferensi cahaya adalah perpaduan antara dua gelombang cahaya. Agar interferensi cahayadapat teramati dengan jelas, maka kedua gelombang cahaya itu harus bersifat koheren. Dua gelombang cahaya dikatakan koheren apabila kedua gelombang cahaya tersebut mempunyai amplitudo, frekuensi yang sama dan pada fasenya tetap. Ada dua hasil interferensi cahaya yang dapat teramati dengan jelas jika kedua gelombang tersebut berinterferensi. Apabila kedua gelombang cahaya berinteferensi saling memperkuat (bersifat konstruktif), maka akan menghasilkan garis terang yang teramati pada layar. Apabila kedua gelombang cahaya berinterferensi saling memperlemah (bersifat destruktif), maka akan menghasilkan garis gelap yang teramati pada layar. Marilah sekarang kita mempelajari peristiwa interferensi cahaya yang telah dilakukan percobaan/eksperimen oleh para ilmuwan terdahulu, seperti halnya Thomas Young dan Fresnell.

Interferensi Cahaya pada Celah Ganda

Percobaan yang dilakukan oleh Thomas Young dan Fresnel pada dasarnya adalah sama, yang membedakan adalah dalam hal mendapatkan dua gelombang cahaya yang koheren. Thomas Young mendapatkan dua gelombang cahaya yang koheren dengan menjatuhkan cahaya dari sumber cahaya pada dua buah celah sempit yang saling berdekatan, sehingga sinar cahaya yang keluar dari celah tersebut merupakan cahaya yang koheren. Sebaliknya Fresnel mendapatkan dua gelombang cahaya yang koheren dengan memantulkan cahaya dari suatu sumber ke arah dua buah cermin datar yang disusun hampir membentuk sudut 180o, sehingga akan diperoleh dua bayangan sumber cahaya. Sinar yang dipantulkan oleh cermin I dan II dapat dianggap sebagai dua gelombang cahaya yang koheren.

Skema percobaan Young

Interferensi celah ganda percobaan Young

Untuk menunjukkan hasil interferensi cahaya, di depan celah tersebut diletakkan layar pada jarak L maka akan terlihat pada layar berupa garis gelap dan terang. Garis terang merupakan hasil interferensi yang saling memperkuat dan garis gelap adalah hasil interferensi yang saling memperlemah. Hasil interferensi bergantung pada selisih jarak tempuh/lintasan cahaya dari celah ke layar. Akan terjadi garis terang jika selisih lintasan merupakan kelipatan bilangan genap kali  atau  atau kelipatan bilangan bulat kali λ atau (nλ). Sebaliknya akan terjadi garis gelap jika selisih lintasan merupakan kelipatan bilangan ganjil kali  atau .

Misalkan jarak antara dua celah d, jarak layar ke celah L, di titik O pada layar akan terjadi garis terang yang disebut garis terang pusat, karena jarak S₁O dan S₂O adalah sama sehingga gelombang cahaya sampai di O akan terjadi interferensi maksimum. Di titik P yang berjarak p dari terang pusat akan terjadi interferensi maksimum atau minimum tergantung pada selisih lintasan S₂P – S₁P.
Interferensi celah ganda

Di P terjadi interferensi maksimum jika :

S₂P – S₁P = d sin θ = n λ

Perhatikan segitiga S₁QS₂ dan segitiga POR , untuk nilai θ < berlaku sin θ = tg θ = , sehingga :  atau 

dengan :

d = jarak antara dua celah (m)
p = jarak garis terang ke terang pusat (m)
L = jarak celah ke layar
λ = panjang gelombang cahaya
n = orde interferensi ( n = 0, 1, 2, 3, …)

Di P akan terjadi interferensi minimum/garis gelap jika :

dengan :

d = jarak antara dua celah (m)
p = jarak garis gelap ke terang pusat (m)
L = jarak celah ke layar (m)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
n = orde interferensi (n = 1, 2, 3, …)

Interferensi Cahaya Pada Selaput Tipis

Dalam kehidupan sehari-hari sering kita melihat adanya warna-warna pelangi yang terjadi pada gelembung air sabun atau adanya lapisan minyak di permukaan air jika terkena cahaya matahari. Hal ini menunjukkan adanya interferensi cahaya matahari pada selaput tipis air sabun atau selaput tipis minyak di atas permukaan air. Interferensi cahaya terjadi dari cahaya yang dipantulkan oleh lapisan permukaan atas dan bawah dari selaput tipis tersebut.

Interferensi pada selaput tipis

Gambar tersebut melukiskan seberkas sinar monokromatik jatuh pada selaput tipis setebal d, pada lapisan atas selaput cahaya dipantulkan (menempuh lintasan AE) dan sebagian dibiaskan yang kemudian dipantulkan lagi oleh lapisan bawah menempuh lintasan ABC. Antara sinar yang menempuh lintasan AE dan ABC akan saling berinterferensi di titik P tergantung pada selisih jarak lintasan optik. Di titik P akan terjadi interferensi maksimum atau garis terang apabila :

dan terjadi garis gelap atau interferensi minimum jika

dengan :

n = indeks bias lapisan tipis
d = tebal lapisan
r = sudut bias sinar
λ = panjang gelombang sinar
m = orde interferensi

Cincin Newton

Cincin Newton merupakan pola interferensi pada selaput tipis udara yang berupa lingkaran-lingkaran garis gelap dan terang yang sepusat. Cincin Newton terletak antara permukaan optik. Cincin Newton dapat terjadi pada selaput tipis udara antara kaca plan paralel dan lensa plan-konveks yang disinari cahaya sejajar monokromatik secara tegak lurus dari atas kaca plan-paralel. Cincin Newton ini terjadi karena interferensi cahaya yang dipantulkan oleh permukaan cembung lensa dengan sinar yang telah menembus lapisan udara, yang kemudian dipantulkan oleh permukaan bagian atas kaca plan-paralel.

Cincin Newton

Perhatikan gambar di diatas, apabila r menyatakan jari-jari orde lingkaran, R jari-jari kelengkungan permukaan lensa, n merupakan orde lingkaran, dan λ menyatakan panjang gelombang cahaya yang digunakan, maka hubungan antara jari-jari orde interferensi dengan panjang gelombang cahaya yang digunakan dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini.