Serat Optik, Holografi, Difraksi (Celah Tunggal, Celah Ganda, Sinar-X)
MAKALAH
FISIKA
“SERAT OPTIK, HOLOGRAFI, DAN DIFRAKSI
(CELAH TUNGGAL, CELAH GANDA, DAN SINAR-X) ”
Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Fisika
yang Diampu oleh Dr. Parno. M.Si
Disusun
Oleh:
Restya
Dwi Atiiqah
(210343606401)
UNIVERSITAS
NEGERI MALANG
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM
STUDI BIOTEKNOLOGI
NOVEMBER
2021
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Semakin
berkembangnya zaman serat optik semakin banyak digunakan dalam berbagai bidang.
Pada saat ini teknologi serat optik mampu memtransmisikan data dengan jumlah
yang banyak serta penyalurannya juga sudah semakin cepat. Hal ini membuat serat
optik sangat cocok untuk aplikasian telekomunikasi.
Optika
modern merupakan bidang ilmu dan rekayasa optik yang terkelan di abad ke-20. Bidang
dalam optika modern ini biasanya berhubungan dengan elektromagnetik atau sifat
kuantum cahaya. Salah satu topik modern ini adalah holografi. Hologram
merupakan produk dari holografi. Hologram ini juga menggunakan prinsip difraksi
dan interferentasi.
Difraksi ini merupakan kecenderungan gelombang yang dipancarkan dari sumber dan melewati celah untuk menyebar ketika merambat. Ada beberapa difraksi diantaranya difraksi celah tunggal, difraksi celah ganda, dan difraksi sinar-X.
B. Rumusan
Masalah
1. Apa
yang dimaksud dengan serat optik?
2. Apa
kelebihan dari serat optik?
3. Apa
yang dimaksud dengan holografi?
4. Apa
karakteristik dari holografi?
5. Apa yang dimaksud difraksi celah tunggal, difraksi celah ganda, difraksi sinar-X
C. Tujuan
1. Mengetahui
pengertian, kelebihan, dan macam kabel dari serat optik.
2. Mengetahui
pengertian dan karakteristik dari holografi.
3. Memahami
difraksi celah tunggal, celah ganda, dan sinar-X
BAB
II
URAIAN
MATERI
A.Serat
Optik
· Pengertian
Serat Optik
Serat
Optik merupakan saluran transmisi atau sejenis kabel. Biasanya serat optik ini
berbahan kaca atau plastik yang sangat halus dan memiliki ukuran yang lebih
kecil dari sehelai rambut. Ukuran serat optik ini berdiameter kurang lebih 120
miktometer. Serat optik dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya
dari suatu tempat ketempat lainnya. Umumnya sumber cahaya yang digunakan yaitu
laser dan LED. Cahaya yang ada pada serat optik ini tidak dapat keluar karena
indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias udara.
Perkembangan serat optik yang semakin pesat membuat serat optik mampu mentransmisikan data jauh lebih banyak dan cepat dari pada kabel konvensional. Hal ini membuat, serat optik sangat cocok untuk dipakai terutama pada aplikasi sistem telekomunikasi.
· Kelebihan
Serat Optik
- Mampu
membawa banyak data dan mengirim data
dengan sangat cepat.
- Serat
optik tahan terhadap gangguan
elektromagnetik dan gangguan gelombang radio.
- Tidak
memiliki tegangan listrik dan api.
- Serat optik tidak mudah berkarat.
· Kabel
Serat Optik
Kabel serat optik memiliki 2 bagian utama, yaitu cladding dan core. Cladding merupakan selubung dari inti (core). Cladding ini mempunyai indeks yang lebih rendah dari pada inti yang akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core dan kembali kedalam core lagi.
Saat pengaplikasiannya, kabel serat optik ini diselubungi oleh lapisan resin atau disebut jacket dan berbahan plastik. Lapisan ini dapat menambah kekuatan kabel walaupun tidak memberikan peningkatan sifat gelombang. Namun, lapisan ini dapat menyerap cahaya dan mencegah kebocoran cahaya yang keluar dari selubung inti.
B. Holografi
· Holografi
merupakan teknik cahaya dari suatu benda yang tersebar direkam dan kemudian
direkonstruksi sehingga objek seolah-olah berada pada posisi yang relatif sama
dengan media rekaman yang direkam. Holografi pertama kali diperkenalkan oleh
Dennis Gabor. Gabor menemukan teori holografi yang merupakan ilmu memproduksi
hologram. Dengan teori ini ia berhasil menciptakan hologram pertama di dunia.
· Karakteristik
Holografi
Holografi
adalah hasil rekonstruksi dari cahaya yang tersebar dari suatu objek tertentu
sehingga citra yang direkam akan muncul secara 3 dimensi atau yang disebut
hologram. Perekaman citra 3 dimensi ini menggunakan sinar koheren seperti
laser. Hasil dari pemrosesan membuat penampakan benda akan terlihat
berbeda-beda dari berbagai sudut.
Berikut
beberapa karakteristik dari hasil pencitraan hologram:
- Hologram
tabung memberikan pandangan 360 derajat dari objek.
- Rekrontruksi
dua jenis gambar pada sebuah hologram
yaitu gambar nyata dan gambar maya.
- Cahaya yang sampai ke pengamat berasal dari rekontruksi sebuah hologram, sama dengan objek asli.
C. Difraksi
Difraksi
adalah fenomena penyebaran gelombang elektromagnetik yang muncul saat gelombang
tersebut melewati sebuah celah sempit. Penyebaran ini dijelaskan oleh Christian
Huygens. Menurutnya, setiap bagian dari celah berfungsi sebagai sumber
gelombang sehingga cahaya dari satu bagian celah dapat berinterferensi dengan
cahaya dari bagian celah lainnya.
· Difraksi Celah Tunggal
Gambar
diatas merupakan proses difraksi cahaya saat melewati celah tunggal. λ merupakan panjang gelombang sumber cahaya dan
θ merupakan sudut yang dibentuk oleh
cahaya yang terdifraksi dengan terang pusat dan d merupakan lebar celah.
Ketika cahaya difraksi bergabung akan menghasilkan pola
terang atau gelap yang dihasilkan dari interferensi gelombang.
Interaksi minimum akan menghasilkan pola gelap dengan
formulasi:
Dengan m merupakan urutan pita gelap. Jika sudut θ memiliki
nilai yang kecil maka rumus di atas akan menjadi:
Untuk Jarak pita terang/gelap yang berurutan (Δp) dirumuskan dengan :
p merupakan jarak antara pita terang pusat dan pita gelap ke-m, Δp merupakan jarak berurutan pita terang/gelap dan L adalah jarak antara celah ke layar.
Contoh
soal:
Dalam percobaan difraksi sebuah celah lebarnya 1 mm disinari
oleh cahaya monokromatik. Sebuah layar diletakkan sejauh 2 m di belakang celah.
Pita gelap ke-2 berjarak 0,96 mm dari terang pusat. Berapakah panjang gelombang
yang digunakan dalam percobaan tersebut ?
Diketahui :
d = 1 mm = 10-3 m
L = 2 m
p = 0,96 mm = 9,6 x 10-4m
m = 2
Ditanya : λ ...?
Jawab :
· Difraksi
Celah Ganda
Pada mekanika kuantum, eksperimen celah ganda dilakukan oleh Thomas Young menunjukkan sifat yang tidak terpisahkan dari cahaya sebagai gelombang dan partikel.
Sebuah sumber cahaya koheren yang menyinari segi halangan dengan dua celah akan membentuk pola interferensi gelombang berupa pita cahaya yang terang dan gelap pada segi pengamatan, meskipun demikian, pada segi pengamatan, cahaya ditemukan terserap sebagai partikel diskrit yang dinamakan foton.
Pita cahaya yang terang terjadi karena interferensi konstruktif, saat puncak gelombang (en:crest) berinterferensi dengan puncak gelombang lainnya, dan membentuk maksima. Interferensi maksimum dapat dirumuskan:
Untuk sudut θ yang kecil, berlaku nilai sin θ͌ tan θ =p/L (dalam satuan radian).
dimana :
d = jarak antara kedua celah
p = jarak dari pita terang pusat ke pita terang
ke-m
λ = panjang gelombang
m = orde interferensi = 1, 2, 3, . . .
m = 1 untuk pita terang ke-1
m = 2 untuk pita terang ke-2, dst
Pita cahaya yang gelap terjadi saat puncak gelombang berinterferensi dengan landasan gelombang (en:trough) dan menjadi minima. Interferensi minimum dapat dirumuskan:
Untuk sudut θ yang kecil, berlaku nilai sin θ͌ tan θ =p/L (dalam satuan radian).
dimana :
d = jarak antara kedua celah
p = jarak dari pita terang pusat ke pita gelap
ke-m
λ = panjang gelombang
m = orde interferensi = 1, 2, 3, . . .
m = 1 untuk pita gelap ke-1
m = 2 untuk pita gelap ke-2, dst
Contoh
Soal:
Suatu berkas cahaya monokromatis setelah
melewati celah ganda yang jaraknya 0,3 mm membentuk pola interferensi pada
layar yang jaraknya 0,9 m dari celah tersebut. Jika jarak antara garis gelap
kedua ke terang pusat pola sebesar 3 mm. Berapakah panjang gelombang cahaya
tersebut ?
Diketahui :
d = 0,3 mm = 3 x 10-4 m
L = 0,9 m
p = 3 mm= 3 x 10-3 m
m = 2 (interferensi minimum)
Ditanya : λ ... ?
Jawab : Untuk interferensi minimum
· Difraksi Sinar-X
Awal
mula difraksi sinar-X dibuktikan oleh Max Von laue. William Henry Bragg bersama
anaknya Lawrence Bragg mengkaji lebih mendalam difraksi sinar-X sehingga
struktur Kristal dapat dilihat. Mereka memandang atom-atom dalam Kristal sebagai
susunan teratur dari pemantulan sinar-X, mirip dengan susunan kisi sebagai
pembentuk cahaya.
Jarak antara atom kita anggap d. Atom-atom tersebut
membentuk bidang-bidang pemantulan dengan jarak d. misalkan sinar-X dating dengan
membentuk sudut θ terhadap arah horisontal. Sebagian sinar-X dipantulkan oleh
bidang paling atas. Sebagian dipantulkan oleh bidang kedua dari atas. Sebagian dipantulkan
oleh bidang ketiga dari atas dan seterusnya. Interferensi konstruktif terjadi
jika beda lintasan sinar-X yang dipantulkan oleh bidang berdekata merupakan
kelipatanbulat dari panjang gelombang, atau
Dengan
Δs adalah beda lintasan
λ adalah panjang gelombang sinar-X
n=1,2,3,… adalah bilangan bulat.
Beda
panjang sinar-X yang dipantulkan bidang paling atas dan di bawahnya adalah
Dengan menyamakan dua persamaan di atas diperoleh
Persamaan ini dinamakan persamaan Bragg. Persamaan Bragg ini
dijadikan landasan difraksi sinar-X untuk analisis material
Contoh soal:
BAB III
KETERKAITAN DENGAN BIOTEKNOLOGI
A.Fenomena
Dalam Bidang Bioteknologi
Cahaya yang dipancarkan oleh piringan matahari berasal dari wilayah permukaan matahari yang disebut fotosfer matahari. Temperature fotosfer ini mencapai 5800 K. Ketika gerhana matahari total terjadi, wilayah fotosfer tertutup oleh piringan bulan. Hal ini tidak membuat kegelapan total namun ada tampak semburat cahaya korona. Korona ini menggambarkan cicin cahaya di sekitar matahari atau bulan yang terbentuk ketika sinar matahari atau bulan terdifraksi oleh uap air kecil atau Kristal es. Lingkaran cahaya bulan disebut korona bulan dan lingkaran cahaya matahari disebut korona matahari.
B. Teknologi
Pada Bidang Bioteknologi
X-ray kristalografi
adalah alat untuk mengidentifikasi struktur atom dan molekul kristal, di mana
atom kristal menyebabkan seberkas sinar-X untuk menuju ke banyak arah tertentu.
Dengan mengukur sudut dan intensitas ini sampel akan terdifraksi. Salah satu
contoh alatnya adalah X-Ray Diffractrometer (XRD).
Banyak
bahan yang dapat membentuk kristal seperti
garam, logam, mineral, semikonduktor, serta berbagai molekul lainnya. Alat
X-ray kristalografi menjadi alat yang penting dan menjadi dasar
pengembangan berbagai bidang ilmiah.
Metode
ini untuk menentukan ukuran atom, panjang dan jenis ikatan kimia, dan perbedaan
skala atom diantara berbagai bahan, terutama mineral dan campuran logam.
Metode ini juga mengungkapkan struktur dan fungsi dari banyak molekul biologis,
termasuk vitamin, obat-obatan, protein dan asam nukleat seperti DNA. Kristalografi
sinar-X ini sangat bermanfaat bagi dunia makromolekul dan juga penting bagi kemajuan banyak biosans. Salah satunya
pada industri bioteknologi yang berfungsi untuk desain obat dan enzim baru.
C. Permasalahan Kontekstual pada Bidang Bioteknologi, Solusi
Penyelesaiannya, dan Disain Miniatur Teknologi Penyelesaiannya
Air minum sangat penting
bagi tubuh sehingga kita harus menjaga kualitas air minum agar tidak
membahayakan tubuh. Salah satu parameter
dalam air yaitu jumlah bakteri yang terdapat dalam air. Bakteri e-coli merupakan
salah satu bakteri yang tidak boleh
berada dalam air minum.
Sensor serat optik merupakan
alternatif untuk mendeteksi bakteri
didalam air minum. Namun serat optik hanya bisa mengukur jumlah total zat
terlarut dan belum dapat membedakan zat apa yang telarut. Untuk meningkatkan
selektifitas pengukuran, bakteri harus dipisah dengan zat terlarut lainnya.
Gelombang evanescent dapat
menembus suatu jarak yang signifikan kedalam cladding sebuah serat optik.
Gelombang ini diserap ketika bereaksi dengan analit sehingga gelombang terpadu
mengecil. Efek pelemahan intensitas inilah yang dimanfaatkan untuk melakukan
pengindraan lingkungan luar.
Daerah pengindraan akan difungsionalkan secara kimia dengan menggunakan senyawa OTS dan etanol. Hal ini bertujuan agar bakteri e-coli menempel didaerah pengindraan dan hasil pengukuran lebih akurat dan juga meningkatkan selektifitas sensor.
BAB IV
PENUTUP
A.Kesimpulan
Serat optik sangat bermanfaat bagi perkembangan telekomunikasi. Serat optik ini juga memiliki kelebihan dari pada kabel lainnya. Hal ini yang membuat serat optik sangat banyak digunakan di berbagai bidang. Holografi merupakan bagian dari optika modern yang memiliki karakteristik unik. Difraksi sinar-X juga banyak dimanfaatkan untuk menganalisis parameter kristal.
B. Saran
Penulis mengetahui bahwa makalah ini
masih jauh dari kata sempurna. Maka dari itu, dimohon untuk memberikan saran
dan kritik yang membangun agar makalah ini dapat diperbaiki menjadi lebih baik.
Daftar Pustaka
http://p2k.unkris.ac.id/id3/3065-2962/Fiber-Optik_25996_p2k-unkris.html
https://blog.elevenia.co.id/apa-itu-serat-optik-berikut-penjelasannya/
http://majalah1000guru.net/2013/05/berkenalan-dengan-holografi/
https://sainsmania.com/10-contoh-difraksi-dalam-kehidupan-sehari-hari/?amp
http://nazroel.id/2016/07/12/mengenal-alat-x-ray-kristalografi-dan-kegunaannya/
https://ichi.pro/id/apa-itu-kristalografi-sinar-x-33090236043648
Komentar
Posting Komentar