Polarisasi Cahaya

Sebagai gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi. Polarisasi cahaya dapat disebabkan oleh empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), absorbsi (penyerapan), pembiasan (refraksi) ganda dan hamburan.

1. Polarisasi karena refleksi

Pemantulan akan menghasilkan cahaya terpolarisasi jika sinar pantul dan sinar biasnya membentuk sudut 90o. Arah getar sinar pantul yang terpolarisasi akan sejajar dengan bidang pantul. Oleh karena itu sinar pantul tegak lurus sinar bias, berlaku  ip + r = 90° atau r = 90° – ip  . Dengan demikian, berlaku pula

Jadi, diperoleh persamaan

Dengan n2 adalah indeks bias medium tempat cahaya datang n1 adalah medium tempat cahaya terbiaskan, sedangkan ip adalah sudut pantul yang merupakan sudut terpolarisasi. Persamaan di atas merupakan bentuk matematis dari Hukum Brewster.

Gambar 1. Polarisasi karena refleksi

2. Polarisasi karena absorbsi selektif

Gambar 2. Skema polarisasi selektif menggunakan filter polaroid. Hanya cahaya dengan orientasi sejajar sumbu polarisasi polaroid yang diteruskan.

Polarisasi jenis ini dapat terjadi dengan bantuan kristal polaroid. Bahan polaroid bersifat meneruskan cahaya dengan arah getar tertentu dan menyerap cahaya dengan arah getar yang lain. Cahaya yang diteruskan adalah cahaya yang arah getarnya sejajar dengan sumbu polarisasi polaroid.

Gambar 3. Dua buah polaroid, polaroid pertama disebut polarisator dan polaroid kedua disebut analisator dengan sumbu transmisi membentuk sudut θ

Seberkas cahaya alami menuju ke polarisator. Di sini cahaya dipolarisasi secara vertikal yaitu hanya komponen medan listrik E yang sejajar sumbu transmisi. Selanjutnya cahaya terpolarisasi menuju analisator. Di analisator, semua komponen E yang tegak lurus sumbu transmisi analisator diserap, hanya komponen E yang sejajar sumbu analisator diteruskan. Sehingga kuat medan listrik yang diteruskan analisator menjadi:

E2 = E cos θ

Jika cahaya alami tidak terpolarisasi yang jatuh pada polaroid pertama (polarisator) memiliki intensitasI0, maka cahaya terpolarisasi yang melewati polarisator adalah:

I1 = ½ I0

Cahaya dengan intensitas I1 ini kemudian menuju analisator dan akan keluar dengan intensitas menjadi:

I2 = I1 cos2θ = ½ I0 cos2θ

 3. Polarisasi karena pembiasan ganda

Jika berkas kaca dilewatkan pada kaca, kelajuan cahaya yang keluar akan sama ke segala arah. Hal ini karena kaca bersifat homogen, indeks biasnya hanya memiliki satu nilai. Namun, pada bahan-bahan kristal tertentu misalnya kalsit dan kuarsa, kelajuan cahaya di dalamnya tidak seragam karena bahan-bahan itu memiliki dua nilai indeks bias (birefringence).

Cahaya yang melalui bahan dengan indeks bias ganda akan mengalami pembiasan dalam dua arah yang berbeda. Sebagian berkas akan memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar biasa), sedangkan sebagian yang lain tidak memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar istimewa).

Gambar 4. Skema polarisasi akibat pembiasan ganda.

4. Polarisasi karena hamburan

Jika cahaya dilewatkan pada suatu medium, partikel-partikel medium akan menyerap dan memancarkan kembali sebagian cahaya itu. Penyerapan dan pemancaran kembali cahaya oleh partikel-partikel medium ini dikenal sebagai fenomena hamburan.

Pada peristiwa hamburan, cahaya yang panjang gelombangnya lebih pendek cenderung mengalami hamburan dengan intensitas yang besar. Hamburan ini dapat diamati pada warna biru yang ada di langit kita.

Gambar 5. Warna biru langit akibat fenomena polarisasi karena hamburan

Sebelum sampai ke bumi, cahaya matahari telah melalui partikel-partikel udara di atmosfer sehingga mengalami hamburan oleh partikel-partikel di atmosfer itu. Oleh karena cahaya biru memiliki panjang gelombang lebih pendek daripada cahaya merah, maka cahaya itulah yang lebih banyak dihamburkan dan warna itulah yang sampai ke mata kita.

Soal:

1. Suatu cahaya tak terpolarisasi mengenai polaroid pertama dengan intensitas I0. Tentukan intensitas cahaya yang keluar dari sistem polaroid, yang terdiri dari dua buah polaroid, jika kedua sudut antara kedua sumbu transmisi adalah 30o! (kunci jawaban)
2. Suatu sumber cahaya terang dipandang melalui dua lembar polaroid yang arah sumbu polarisasinya mula-mula sejajar. Jika : a) Melalui sudut berapakah salah satu polaroid harus diputar untuk mengurangi amplitudo getaran medan listrik yang diamati menjadi setengah dari nilainya semula. b) Apakah pengaruh sudut salah satu polaroid terhadap intensitas cahaya yang diteruskan. c) Melalui sudut berapakah salah satu polaroid harus diputar untuk mengurangi intensitas cahaya yang diteruskan menjadi setengah dari nilainya semula.
3. Suatu berkas cahaya monokromatis tak terpolarisasi dating pada bidang batas udara-kaca dengan indeks bias relative 1,50. Hitung sinus sudut dating yang menghasilkan sinar pantul terpolarisasi linier!
4. Ketika cahaya dating dari udara ke kaca, sudut polarisasi adalah 57o. berapakah besar sudut polarisasi untuk bidang batas yang sama tetapi cahaya dari kaca ke udara?