Difraksi Cahaya

 Difraksi adalah peristiwa pelenturan muka gelombang ketika melewati celah sempit. Pola difraksi gelombang cahaya dapat diamati dengan eksperimen menggunakan difraksi celah tunggal dan kisi difraksi.

1. Difraksi celah tunggal

Setiap titik pada celah tunggal dapat dianggap sebagai sumber gelombang sekunder. Selisih antara kedua berkas yang terpisah sejauh d adalah d sin θ.

 

Gambar 6. Pola difraksi celah tunggal.

Analogi dengan pola interferensi celah ganda Young, pola terang difraksi celah tunggal diperoleh jika:

d sin θ = n λ, dengan n = 0, 1, 2, 3, …

dengan d adalah lebar celah.

Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika

d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n = 1, 2, 3, …

 2. Difraksi pada kisi

Kisi difraksi terdiri atas banyak celah dengan lebar yang sama. Lebar tiap celah pada kisi difraksi disebut konstanta kisi dan dilambangkan dengan d. Jika dalam sebuah kisi sepanjang 1 cm terdapat N celah konstanta kisinya adalah:

Pola terang oleh kisi difraksi diperoleh jika:

d sin θ = n λ, dengan n =0, 1, 2, 3, …

dengan d adalah konstanta kisi dan θ adalah sudut difraksi.

Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika

d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n =1, 2, 3, …

Gambar 7. Skema difraksi oleh kisi.

Dalam optika dikenal difraksi Fresnel dan difraksi Fraunhofer. Difraksi Fresnel terjadi jika gelombang cahaya melalui celah dan terdifraksi pada daerah yang relatif dekat, menyebabkan setiap pola difraksi yang teramati berbeda-beda bentuk dan ukurannnya, relatif terhadap jarak. Difraksi Fresnel juga disebut difraksi medan dekat.

Difraksi Fraunhofer terjadi jika gelombang medan melalui celah atau kisi, menyebabkan perubahan hanya pada ukuran pola yang teramati pada daerah yang jauh. Gelombang-gelombang cahaya yang keluar dari celah atau kisi pada difraksi Fraunhofer hampir sejajar. Difraksi fraunhofer juga disebut difraksi medan jauh.

Daya Urai Optik

Jika kita memiliki dua benda titik yang terpisah pada jarak tertentu, bayangan kedua benda bukanlah dua titik tetapi dua pola difraksi.  Jika jarak pisah kedua benda titik terlalu dekat maka pola difraksi kedua benda saling menindih.

Kriteria Rayleigh yang ditemukan Lord Rayleigh menyatakan bahwa dua benda titik yang dapat dibedakan oleh alat optik, jika pusat pola difraksi benda titik pertama berimpit dengan pita gelap  (minimum) ke satu pola difraksi benda kedua.

Ukuran sudut pemisah agar dua benda titik masih dapat dipisahkan secara tepat berdasarkan Kriteria Rayleigh disebut sudut resolusi minimum (θm)

D=diameter bukaan alat optik

l =jarak celah ke layar

dm=jari-jari lingkaran terang

θ = sudut resolusi

Pola difraksi dapat diperoleh dengan menggunakan sudut θ yang menunjukkan ukuran sudut dari setiap cincin yang dihasilkan dengan persamaan:

dengan λ merupakan panjang gelombang cahaya yang digunakan.

Untuk sudut-sudut kecil, maka diperoleh θ≈sinθ ≈ tan θ = dm/l dan sama dengan sudutnya θ  sehingga dapat ditulis:

Soal:

1. Sebuah kisi yang memiliki 5000 garis tiap cm kita gunakan untuk menentukan panjang gelombang cahaya. Apa bila sudut antara garis pusat dan garis pada orde pertama 37° (sin37° = 0,6). Berapakah panjang gelombang cahaya tersebut?
2. Seberkas monokromatis dengan panjang gelombang 5 × 10-7m dan datang tegak lurus pada kisi. Jika spektrum pada orde kedua membuat sudut 30° dengan garis normal pada kisi, tentukan jumlah garis per cm pada kisi tersebut!
3. Apabila mata diperbesar dengan bukaan 5 mm, berapakah jarak minimum antara dua buah sumber titik yang masih dapat dibedakan oleh mata pada jarak 40 cm di depan mata? (panjang gelombang cahaya di mata 3,67 × 10-7 m)

Tahun 2011
Indikator:
-Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan peristiwa interferensi atau difraksi cahaya. 

Tipikal Soal
A. Hitungan
Contoh:
1) Perhatikan diagram difraksi celah ganda (kisi) dengan data berikut ini.

Jika panjang gelombang berkas cahaya 6000Å dan jarak antar celah 0,6 mm, maka jarak antara terang pusat dengan gelap pertama pada layar adalah....
A. 0,2 mm
B. 0,4 mm
C. 0,6 mm
D. 0,9 mm
E. 1,2 mm
(Sumber soal : Soal UN Fisika 2010 P04)

2) Cahaya suatu sumber melalui dua celah sempit yang terpisah 0,1 mm. Jika jarak antara dua celah sempit terhadap layar 100 cm dan jarak antara garis gelap pertama dengan terang pertama adalah 2,95 mm, maka panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah....mm
A. 2100
B. 1080
C. 590
D. 480
E. 440
(Sumber soal : Soal UMPTN 1993)

3) Dua celah sempit yang terpisah pada jarak 0,2 mm disinari tegak lurus. Garis terang ketiga terletak 7,5 mm dari garis terang ke nol pada layar yang jaraknya 1 m dari celah. Panjang gelombang sinar yang dipakai adalah....
A. 2,5×10–4 mm
B. 5,0×10–4 mm
C. 1,5×10–3 mm
D. 2,5×10–3 mm
E. 5,0×10–3 mm
(Sumber soal : Soal EBTANAS 1988)

4) Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 5.000 goresan tiap cm. Sudut deviasi orde kedua adalah 30o. Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah......
A. 2.500 angstrong
B. 4.000 angstrong
C. 5.000 angstrong
D. 6.000 angstrong
E. 7.000 angstrong
(Sumber soal : Soal UN Fisika 2009 P04)

5) Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 5000 garis tiap cm. Sudut bias orde kedua adalah 30°. Maka panjang gelombang yang dipakai adalah....
A. 1250 Å
B. 2500 Å
C. 4000 Å
D. 5000 Å
E. 7000 Å
(Sumber soal : Soal Proyek Perintis I Tahun 1981)

6) Dua celah yang berjarak 1 mm, disinari cahaya merah dengan panjang gelombang 6,5 x 10−7 m. Garis gelap terang dapat diamati pada layar yang berjarak 1 m dari celah. Jarak antara gelap ketiga dan terang kelima adalah....
A. 0,85 mm
B. 1,62 mm
C. 2,55 mm
D. 3,25 mm
E. 4,87 mm
(Sumber soal : Soal SPMB Tahun 2004)

7) Pada percobaan Young, dua celah berjarak 1 mm diletak kan pada jarak 1 meter dari sebuah layar. Bila jarak terdekat antara pola interferensi garis terang pertama dan garis terang kesebelas adalah 4 mm, maka panjang gelombang cahaya yang menyinari adalah....
A. 1.000 Å
B. 2.000 Å
C. 3.500 Å
D. 4.000 Å
E. 5.000 Å
(Sumber soal : Soal EBTANAS 1990)

B. Teori
Contoh:
1) Jika cahaya putih dilewatkan pada sebuah kisi difraksi maka akan dihasilkan tiga orde pertama spektrum pada layar. Warna spektrum pusat tersebut adalah....
A. putih
B. ungu
C. merah
D. merah dan violet
E. hijau
(Sumber soal : Soal UMPTN Tahun 1997)

2) Dengan menggunakan kisi difraksi, kita ingin mempelajari suatu spektrum cahaya matahari. Yang mana diantara warna-warna cahaya berikut yang paling kuat dilenturkan....
A. biru
B. violet
C. hijau
D. kuning
E. merah
(Sumber soal : Soal UMPTN Tahun 1989)