POLARISASI CAHAYA

POLARISASI CAHAYA

Polarisasi adalah suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang  yang acak menjadi satu arah getar; dari sumber lain mengatakan bahwa Polarisasi adalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang. Polarisasi gelombang hanya dapat terjadi pada gelombang transversal, tidak terjadi pada gelombang longitudinal. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan peristiwa polarisasi,
perhatikan gelombang tali pada Gambar 1.1.

Gambar 1.1. Gelombang tali yang terpolarisasi

Sebelum dilewatkan pada celah sempit vertical, tali bergetar dengan simpangan seperti spiral. Setelah gelombang pada tali melewati celah, hanya arah getar vertical yang masih tersisa. Adapun arah getar horizontal atu diserap oleh celah sempit itu. Gelombang yang keluar dari celah tadi disebut gelombang polarisasi, lebih khusus disebut terpolarisasi linier.

Terpolarisasi artinya memiliki satu arah getar tertentu saja. Polarisasi yang hanya terjadi pada satu arah disebut polarisasi linear. Apa yang terjadi jika celah sempit dipasang secara horizontal? Apakah terjadi polarisasi linear?

Bahasa yang sama diatas dapat diterapkan pada gelombang elektromagnetik,yang juga mempunyai polarisasi. Sebuah gelombang elektromagnetik adalah gelombang transversal medan listrik dan medan magnetic yang berfluktuasi tegak lurus satu sama lain dan searah perambatan. Kita selalu mendefinisikan arah polarisasi sebuah gelombang elektromagnetik sebagai arah dari vector medan listrik bukan arah medan magnetic. Karena banyak detector gelombang elektromagnetik yang umumnya merespon gaya listrik pada elektron dalam material dan tidak merespon gaya magnetic.

Cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dari cahaya tidak terpolarisasi, yaitu dengan menghilangkan (memindahkan) semua arah getar dan melewatkan salah satu arah getar saja. Ada 4 cara untuk melakukan hal ini, yaitu: 1) penyerapan selektif, 2) pemantulan, 3) pembiasan ganda, dan 4) hamburan.

1.      Polarisasi dengan penyerapan selektif

Teknik yang umum untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi adalah menggunakan Kristal polaroid. Polaroid akan meneruskan gelombang-gelombang yang arah getarnya sejajar dengan sumbu transmisi dan menyerap gelombang-gelombang pada arah lainnya. Oleh karena teknik berdasarkan penyerapan arah getar, maka disebut polarisasi dengan penyerapan selektif. Suatu polaroid ideal akan meneruskan semua komponen medan listrik E yang sejajar dengan sumbu transmisi dan menyerap suatu medan listrik E yang tegak lurus pada sumbu transmisi. Jika cahaya tidak terpolarisasi dilewatkan pada sebuah kristal, maka arah getaran yang keluar dari kristal hanya terdiri atas satu arah disebut

cahaya terpolarisasi linier. Kristal yang dapat menyerap sebagian arah getar disebut dichroic.

Gambar 2.14. Kristal melewatkan cahaya terpolarisasi linear dan menyerap arah lainnya.

Selanjutnya, pada Gambar 2.15 ditunjukkan susunan dua keping Polaroid. Keping Polaroid yang pertama disebut polarisator, sedangkan keping polaroid yang kedua disebut analisator.

Gambar 2.15 (a) Polarisator dan analisator dipasang sejajar. (b) Polarisator dan analisator dipasang bersilangan.

Jika seberkas cahaya dengan intensitas I₀ dilewatkan pada sebuah polalisator ideal, intensitas cahaya yang dilewatkan adalah 50% atau . Akan tetapi, jika cahaya dilewatkan pada polalisator dan analisator yang dipasang bersilangan, tidak ada intensitas cahaya yang melewati analisator. Secara umum, intensitas yang dilewati analisator adalah

.....................................................2.19

Dengan I₂ adalah intensitas cahaya yang lewat analisator. I₀ adalah intensitas awal seblum maasuk polalisator dan θ adalah sudut antara arah polarisasi polalisator dan arah polarisasi analisator. Jika keduanya sejajar, θ = 0. jika keduanya saling bersilangan,  θ = 90°.

2.      Polarisasi karena pemenatulan

Cahaya yang datang ke cermin dengan sudut datang sebesar 57⁰, maka sinar yang terpantul akan merupakan cahaya yang terpolarisasi. Cahaya yang berasal dari cermin I adalah cahaya terpolarisasi akan dipantulkan ke cermin. Apabila cermin II diputar sehingga arah bidang getar antara cermin I dan cermin II saling tegak lurus, maka tidak akan ada cahaya yang dipantulkan oleh cermin II. Peristiwa ini menunjukkan terjadinya peristiwa polarisasi. Cermin I disebut polarisator, sedangkan cermin II disebut analisator. Polarisator akan menyebabkan sinar yang tak terpolarisasi menjadi sinar yang terpolarisasi, sedangkan  analisator akan menganalisis sinar tersebut merupakan sinar terpolarisasi atau tidak.

Polarisasi Gelombang Karena Pemantulan

3.      Polarisasi pada pemantulan dan pembiasan

Jika seberkas pola cahaya alamiah dijatuhkan pada permukan bidang batas dua medium, maka sebagian cahaya akan mengalami pembiasan dan sebagian lagi mengalami pemantulan. Sinar bias dan sinar pantul akan terpolarisasi sebagian. Jika sudut sinar datang diubah-ubah, pada suatu saat sinar bias dan sinar pantul membentuk sudut 90°. Pada keadaan ini, sudut sinar datang (i) disebut sudut polarisasi (i_p) karena sinar yang terpantul mengalami polarisasi sempurna atau terpolarisasi linear. Menurut Hukum Snellius,

n₁ sin i_p = n₂ sin r, dengan r + i_p = 90 atau r = 90 – i­_p

selanjutnya dapat dituliskan

n₁ sin i_p = n₂ sin (90 – i_p)= n₂ cos i_p

...............................................2.20

Sudut i_p disebut sudut polarisasi atau sudut Brewster, yaitu sudut datang pada sinar bias dan sinar pantul membentuk sudut 90°. Dalam sebuah kristal tertentu, cahaya alamiah yang masuk ke dalam kristal dapat mengalami pembiasan ganda. Pembiasan ganda ini dapat terjadi karena kristal tersebut memiliki dua nilai indeks bias. Perhatikan Gambar 23, tampak ada dua bagian sinar yang dibiaskan  yang hanya mengandung E_// dan yang lain hanya mengandung. Jadi, indeks bias serta laju E_// dan adalah tidak sama.

Gambar 2.16. Polarisasi pada pembiasan ganda.

4.      Polarisasi dengan hamburan

Berkas cahaya yang melewati gas akan mengalami polarisasi sebagian karena partikel-partikel gas dapat menyerap dan memancarkan kembali cahaya yang mengenainya. Penyerapan dan pemancaran cahaya oleh partikel-partikel gas disebut hamburan. Oleh karena peristiwa hamburan ini, langit pada siang hari tampak berwarna biru. Hal tersebut dikarenakan partikel-parikel udara menyerap cahaya matahari dan memancarkan kembali (terutama) cahaya biru. Demikian pula, pada pagi hari dan sore hari, partikel-partikel udara akan menghamburkan lebih banyak cahaya merah (melalui kolom udara yang lebih panjang) sehingga pada pagi dan sore hari, cahaya matahari tampak lebih banyak memancarkan cahaya merah. Sebaliknya, di bulan tidak ada yang dapat menghamburkan cahaya matahari karena bulan tidak memiliki atmosfir. Oleh karena itu, atmosfir bulan akan tampak gelap.

Penerapan/Aplikasi Cahaya Terpolarisasi

1.      Kaca mobil

Kaca mobil pada umumnya berwarna hitam, biru atau hijau tua. Kaca itu sudah diberi lembaran plastik polaroid, sehingga sinar matahari yang keluar dari kaca tersebut  sudah terpolarisasi dan intensitasnya sudah mengecil.

2.      Kacamata ryben

Kacamata ryben adalah kacamata yang digunakan saat terik matahari, seperti di pantai atau sedang naik sepeda motor. Tujuannya supaya sinar yang keluar dari kaca ryben sudah terpolarisasi dan intensitas cahaya mengecil tidak menyebabkan silau.

3.      Film Tiga Dimensi

Film ini dibuat dengan menggunakan dua buah kamera atau kamera khusus dengan dua lensa. Di dalam gedung bioskop, kedua film diproyeksikan pada layar secara simultan. Sebuah filter polarisasi yang diletakkan di depan lensa proyektor sebelah kiri akan meneruskan gelombang cahaya dari gambar pada suatu arah getar tertentu. Bersamaan dengan itu filter lain di bagian kanan akan meneruskan gelombang cahaya tegak lurus arah getar yang dihasilkan oleh filter pertama. Penonton mengenakan kacamata khusus yang berfungsi sebagai filter. Filter ini akan menyebabkan kesan gambar yang diterima oleh mata kiri dan kanan akan berbeda. Sehingga kesan gambar tiga dimensi akan terasa.

                                                                                                                                   

4.      Sacharimeter

Sacharimeter adalah polarimeter yang khusus untuk menentukan konsentrasi larutan gula. Larutan gula disebut larutan optik aktif. Larutan tersebut ada yang dapat memutar bidang getar polarisasi ke kiri dan ada juga yang ke kanan. Dengan alat semacam ini, orang dapat menentukan konsentrasi larutan optik aktif.

5.      LCD (Liquid Crystal Display)

Salah satu penerapan penting dari proses polarisasi adalah Liquid Crystal Dsiplay (LCD). LCD digunakan dalam berbagai tampilan, dari mulai jam digital, layar kalkulator, hingga layar televise. LCD dapat diartikan alat peraga kristal cair, berisi dua filter polarisasi yang saling menyilang dan didukung oelh sebuah cermin. Biasanya polarisator yang saling menyilang menghalangi semua cahaya yang melewatinya. Namun, diantar kedua filter itu terdapat lapisan kristal cair. Selain energi listrik alat ini dipadamkan, kristalnya memutar sinar-sinar yang kuat dengan membentuk sudut 90⁰. Sinar-sinar yang berputar itu kemudian dapat menembus filter (penyaring) bagian belakang. Kemudian sinar-sinar itu dipantulkan oleh cermin sehingga peraga (layar) tampak putih. Angka atau huruf pada peraga dengan menyatakan daerah-daerah kristal cair. Ini mengubah posisi kristal cair tersebut sehingga kristal-kristal tidak lagi memutar cahaya.

6.      Langit Berwarna Biru

Fenomena menarik dari peristiwa polarisasi hamburan adalah langit yang tampak berwarna biru. Fenomena ini terjadi karena kuantitas cahaya yang dihamburkan bergantung pada panjang gelombang cahaya tersebut. Semakin besar panjang gelombang cahaya maka semakin sedikit cahaya yang dihamburkan oleh molekul udara. Cahaya merah dan jingga memiliki panjang gelombang lebih besar daripada cahaya biru dan ungu sehingga cahaya merah dan jingga dihamburkan lebih sedikit daripada cahaya biru dan ungu. Itulah sebabnya mengapa langit tampak berwarna biru.

Referensi

http://robbikarangga.blogspot.com/2013/03/gelombang-cahaya-dalam-kehidupan-sehari.html

http://tienkartina.wordpress.com/2010/09/03/polarisasi-cahaya/

http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=53&Itemid=102