LAPRES PRAKTIKUM TEKNIK OPTIK KARAKTER (1)
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TEKNIK OPTIK
P1 – KARAKTERISASI SPEKTRUM SUMBER CAHAYA
Disusun Oleh :
KELOMPOK 7/LJ
Nama
:
Reza Maliki Akbar
Asisten
:
Kayi Mahdy Yattaqi
(02311745000017)
(02311440000102)
DEPARTEMEN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2017
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TEKNIK OPTIK
P1 - KARAKTERISASI SPEKTRUM SUMBER CAHAYA
Disusun Oleh :
KELOMPOK 7/LJ
Nama
:
Reza Maliki Akbar
Asisten
:
Kayi Mahdi Yattaqi
(02311745000017)
(02311440000102)
DEPARTEMEN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2017
ABSTRAK
Perkembangan di dunia industri yang memanfaatkan devais optik
bukanlah hal baru lagi, hal ini dikarenakan penggunaan devais optik
mampu meningkatkan kecepatan dan keakuratan dalam produksi.
Teknologi optik yang sudah digunakan dalam dunia industri salah
satunya adalah alat potong menggunakan laser pada benda kerja.
Oleh karena itu, pemahaman mengenai karakteristik cahaya
utamanya dari masing-masing sumber cahaya agar dapat direkayasa
dan dimanfaatkan untuk mempermudah kehidupan manusia sangat
diperlukan. Salah satu hal yang penting dalam karakter cahaya
adalah spektrum dan lebar spektrum sumber cahaya antara lain laser
He-Ne, lampu halogen, dan LED. Dari percobaan ini maka dapat
disimpulkan bahwa karakter dari suatu sumber cahaya adalah
panjang gelombang λ berbanding terbalik dengan daya rata-rata
(Prata-rata), apabila panjang gelombang λ semakin diperbesar maka
daya rata-rata (Prata-rata) yang dikeluarkan oleh sumber cahaya
tersebut akan semakin kecil mendekati nol. Namun lebar spectralnya semakin tinggi untuk daya yang tinggi. Laser He-Ne memiliki
daya keluaran rata-rata yang paling tinggi diantara sumber cahaya
lain atau dapat dituliskan daya rata-rata (Prata-rata) dari (Laser >
Lampu Halogen > LED). Lebar spektral untuk laser He-Ne sebesar
16,11 nm, untuk LED sebesar 64,095 nm dan untuk lampu halogen
sebesar 299,445 nm. Sehingga lebar spektral laser He-Ne < LED <
lampu halogen.
Kata Kunci :Spektrum, monokromator, lebar spektral
i
ABSTRACT
Development in the industrial world that utilize optical devices is not
new anymore, this is because the use of optical devices can increase
the speed and accuracy in production. Optical technology that has
been used in industrial world one of them is cutting tools using laser
on the workpiece. Therefore, an understanding of the main light
characteristics of each light source in order to be engineered and
utilized to facilitate human life is necessary. One of the important
things in the character of light is the spectrum and wide spectrum of
light sources such as He-Ne lasers, halogen lamps, and LEDs. From
this experiment it can be concluded that the character of a light source
is the wavelength (λ) inversely proportional to the average power
(P average), if the wavelength (λ) is increasingly enlarged then the
average power (P average) issued by the light source will be smaller close
to zero. But the spectral width is higher for high power. The He-Ne
laser has the highest average output power among other light sources
or it can be written the average power of (Laser> Halogen Lamps>
LED). The spectral width for the He-Ne laser is 16.11 nm, for the LED
of 64,095 nm and for halogen lamps of 299,445 nm. So the laser
spectral width of He-Ne < LED < halogen lamp.
Keyword: Spectrum, monocromator, spectral width
ii
DAFTAR ISI
ABSTRAK .......................................................................................... i
ABSTRACT .......................................................................................ii
DAFTAR ISI .................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR.......................................................................... v
DAFTAR TABEL ............................................................................. vi
DAFTAR GRAFIK ..........................................................................vii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................. 1
1.1
Latar Belakang.................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah .............................................................. 1
1.3
Tujuan ................................................................................. 2
1.4
Sistematika Laporan ........................................................... 2
BAB II DASAR TEORI ..................................................................... 3
2.1
Spektrum Sumber Cahaya .................................................. 3
2.2
Sumber Cahaya ................................................................... 6
2.2.1
Laser ........................................................................... 6
2.2.2
Lampu Halogen .......................................................... 7
2.2.3
LED (Light Emitting Diode) ....................................... 8
2.3
Monokromator .................................................................... 8
2.4
Lebar Spektral .................................................................... 9
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN ........................................ 11
3.1
Peralatan ........................................................................... 11
iii
3.2
Prosedur Percobaan .......................................................... 11
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ........................ 13
5
4.1
Analisa Data ..................................................................... 13
4.2
Pembahasan ...................................................................... 21
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................... 23
5.1
Kesimpulan ....................................................................... 23
5.2
Saran ................................................................................. 23
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................... 24
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik ........................ 3
Gambar 2.2 Spektrum Laser HeNe ................................................... 4
Gambar 2.3 Spektrum Lampu Halogen ............................................ 5
Gambar 2.4 Spektrum LED .............................................................. 5
Gambar 2.5 Laser .............................................................................. 6
Gambar 2.6 Lampu Halogen ............................................................. 7
Gambar 2.7 LED ............................................................................... 8
Gambar 2.8 Monokromator dengan Grating (Kisi Difraksi) ............ 9
Gambar 2.9 FWHM ........................................................................ 10
Gambar 3.1 Peletakan Komponen dalam Percobaan ...................... 11
v
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Laser ............. 13
Tabel 4.2 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang LED .............. 16
Tabel 4.3 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Lampu Halogen
.......................................................................................................... 18
Tabel 4.4 Rangkuman Perhitungan Tiap Sumber Cahaya ............... 21
vi
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Laser ........... 14
Grafik 4.2 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang LED ............ 17
Grafik 4.3 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Lampu
Halogen ............................................................................................ 19
vii
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik,
baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak
(Kalumuck, 2000). Cahaya merupakan paket partikel yang disebut
foton. Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan
secara visual oleh indra penglihatan sebagai warna. Bidang studi
cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang
penting pada fisika modern.
Seiring dengan bidang studi optika modern yang sekarang
sedang berkembang pesat, pemanfaatan cahaya tidak hanya pada
penerangan saja, namun banyak digunakan oleh industri-industri
seperti telekomunikasi, manufaktur, proses, dll. Contoh aplikasi
bidang optika modern dalam manufaktur adalah sebagai alat potong
benda atau material di industri. Sumber cahaya yang digunakan dalam
aplikasi pemotong di industri memiliki frekuensi dan panjang
gelombang tertentu sehingga memiliki daya yang relatif besar.
Oleh karena itu, pemahaman mengenai karakteristik cahaya
utamanya dari masing-masing sumber cahaya agar dapat direkayasa
dan dimanfaatkan untuk mempermudah kehidupan manusia sangat
diperlukan.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas dapat
dirumuskan masalah yang akan dihadapi dalam praktikum ini
diantaranya adalah :
1. Apa yang dimaksud dengan spektrum sumber cahaya dan
karakteristiknya ?
2. Bagaimana cara menentukan lebar spektral sumber cahaya?
1
2
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari pelaksanaan praktikum ini adalah :
1. Memahami dan menganalisa karakteristik spektrum sumber
cahaya.
2. Menentukan lebar spektral sumber cahaya.
1.4 Sistematika Laporan
Penyusunan laporan praktikum disusun dengan struktur yang
terarah. Adapun sistematika penulisan dibuat dengan urutan sebagai
berikut :
BAB I PENDAHULUAN : dalam bab ini berisikan tentang latar
belakang, rumusan masalah, tujuan diadakan praktikum. Bab ini
ditutup dengan pembahasan sistematika penulisan yang
digunakan.
BAB II DASAR TEORI : bab ini mengenai teori teori dasar
yang dijadikan sebagai acuan dalam praktikum ini.
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN : bab ini berisikan
mengenai alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum.
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN : dalam bab
ini berisikan tentang analisa dari hasil praktikum yang telah
dilakukan seta pembahasan dari praktikum.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN : dalam bab ini berisikan
kesimpulan dari keseluruhan praktikum yang telah dilakukan dan
memberikan saran saran yang mengarah kepada hasil yang lebih
baik.
2 BAB II
DASAR TEORI
2.1 Spektrum Sumber Cahaya
Spektrum gelombang elektromagnetik merupakan rentang
semua radiasi elektromagnetik yang mungkin terjadi, spektrum
elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang,
frekuensi atau tenaga per foton.
Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah
yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi
sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang
gelombang sangat panjang. Biasanya dalam mendeskripsikan energi
spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton
berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk
energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5
mm). Istilah "spektrum optik" juga masih digunakan secara luas dalam
merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya
mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm).
Gambar 2.1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik
3
4
Lebar spektral sumber cahaya dari masing-masing sumber
cahaya berbeda-beda mulai dari laser gas He-Ne, Lampu TL, Lampu
Halogen dan juga LED, kemudian untuk mengetahui besarnya daya
yang dihasilkan ditinjau dari panjang gelombang sumber cahaya
tersebut dapat dilihat pada gambar 2.2; gambar 2.3; gambar 2.4 dan
gambar 2.5 dibawah ini :
Pada laser He-Ne hubungan panjang gelombang dengan daya
yang dikeluarkan adalah sebagai berikut :
Gambar 2.2 Spektrum Laser HeNe
5
Pada lampu Halogen hubungan panjang gelombang dengan
daya yang dikeluarkan adalah sebagai berikut :
Gambar 2.3 Spektrum Lampu Halogen
Pada LED hubungan panjang gelombang dengan daya yang
dikeluarkan adalah sebagai berikut :
Gambar 2.4 Spektrum LED
6
2.2 Sumber Cahaya
Setiap sumber cahaya memiliki karakteristrik spektrum yang
berbeda-beda. Pada dasarnya terdapat dua jenis sumber cahaya, yaitu
cahaya alami dan cahaya buatan. Cahaya alami merupakan cahaya
yang berasal dari matahari, sedangkan cahaya buatan berasal dari lilin,
lampu gas, lampu minyak, dan lain-lain. Kedua sumber cahaya ini
mempunyai kelebihan dan kekurangan. Sumber cahaya alami
memiliki sifat tidak menentu, tergantung pada iklim, musim, dan
cuaca. Cahaya buatan membutuhkan biaya tertentu, namun peletakan
dan kestabilan cahaya dapat diatur. Berikut ini beberapa jenis sumber
cahaya buatan.
2.2.1
Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation) merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan
radiasi elektromagnetik, biasanya dalam bentuk cahaya yang
tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan mata normal,
melalui proses pancaran terstimulasi. Pancaran Laser biasanya
tunggal, memancarkan foton dalam pancaran koheren.
Komponen yang diperlukan adalah resonator untuk proses
penguatan foton. Salah satu jenis laser yang sering digunakan
adalah laser He-Ne. Laser ini merupakan jenis laser gas gabungan
antara Helium dan Neon dengan perbandingan 10:1. Bentuk dari
laser dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.5 Laser
7
2.2.2
Lampu Halogen
Lampu halogen tungsten (yang disebut juga lampu TH atau
cukup disebut lampu halogen) memancarkan cahaya yang lebih
putih dan tahan lama dibandingkan dengan lampu pijar standar.
Umur lampu halogen berkisar antara 2000 jam sampai 10.000
jam. Beberapa tipe dari lampu halogen menggunakan kaca bola
lampu kwarsa dan dapat menjadi sangat panas, sehingga
membutuhkan perlindungan khusus untuk keselamatan.
Temperatur warna untuk lampu halogen adalah sekitar 3000K
yang menghasilkan cahaya yang tampak sedikit lebih putih dan
lebih dingin dibandingkan dengan lampu pijar. Bentuk dan
panampkan dari lampu pijar dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.6 Lampu Halogen
8
2.2.3
LED (Light Emitting Diode)
Gambar 2.7 LED
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah
komponen elektronika yang dapat memancarkan
cahaya
monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan
keluarga dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna
cahaya yang dipancarkan oleh LED bergantung pada jenis bahan
semikonduktor yang dipergunakannya. Pada LED warna merah
panjang gelombangnya 610 < λ < 760 nm dan biasanya bahan
penyusunnya adalah aluminium gallium arsenide.
2.3 Monokromator
Monokromator merupakan serangkaian alat optik yang
berfungsi untuk memisahkan cahaya polikromatik dari sumber cahaya
menjadi monokromatik. Bagian utama monokromator dapat berupa
prisma atau kisi (grating). Prisma dan kisi berfungsi sebagai elemen
pendispersi dalam monokromator. Elemen pendispersi adalah elemen
yang berfungsi menguraikan radiasi cahaya polikromatik menjadi
monokromatik (Day & Underwood, 1986: 399).
9
Gambar 2.8 Monokromator dengan Grating (Kisi Difraksi)
Berikut ini akan dijelaskan prinsip kerja monokromator yang
menggunakan kisi difraksi sebagai elemennya. Kisi difraksi adalah
piranti untuk menghasilkan spektrum menggunakan peristiwa
difraksi. Kisi difraksi dibuat dengan membentuk goresan pada suatu
bahan tertentu dan berfungsi sebagai sistem banyak celah. Jumlah
celah dalam kisi difraksi menentukan kemampuan kisi untuk
memisahkan gelombang. Semakin banyak jumlah celah pada kisi,
maka kemampuan kisi untuk memisahkan panjang gelombang lebih
besar. Jumlah celah pada kisi difraksi untuk daerah cahaya tampak
biasanya sekitar 15.000 sampai 3000 garis/inci (Day & Underwood,
1986: 399-400).
2.4 Lebar Spektral
Spektral adalah hasil interaksi antara energi elektromagnetik
dengan suatu objek. Objek yang ada di permukaan bumi mempunyai
karakteristik yang berbeda satu dengan lainnya. Terdapat objek yang
mempunyai sifat daya serap yang tinggi dan pantulannya rendah
terhadap elektromagnetik, dan sebaliknya. Pola pantulan dan absorpsi
ini berbeda untuk panjang gelombang (wavelength) yang berbeda.
Cahaya tampak baik monokromatik maupun polikromatik memiliki
lebar spektral yang berbeda-beda. Lebar spektral diketahui melalui
10
perpotongan antara daya rata-rata dari sumber cahaya dengan panjang
gelombang atau dikenal dengan FWHM (Full Wave of Half
Maximum).
Gambar 2.9 FWHM
11
3 BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Peralatan
Peralatan atau perlengkapan yang dilakukan dalam percobaan
karakterisasi spektrum sumber cahaya ini antara lain :
1.
2.
3.
4.
5.
Lampu halogen 1 buah.
LED 1 buah
Laser He-Ne 1 buah.
Optical Power Meter Thorlabs PM100D.
Laptop yang sudah terinstall progam PM100D Utility
3.2 Prosedur Percobaan
Prosedur dalam melakukan percobaan karakterisasi spektrum
sumber cahaya ini antara lain :
Gambar 3.1 Peletakan Komponen dalam Percobaan
1. Mempersiapkan peralatan yang akan digunakan.
2. Meletakkan detektor dengan jarak 3 cm dari sumber cahaya
dengan tidak merubah posisi saat melakukan pengukuran
karena akan berpengaruh terhadap daya yang ditampilkan.
3. Menghubungkan detektor dengan piranti Optical Power Meter
(OPM) Thorlabs, kemudian OPM dihubungkan dengan laptop
yang sudah diinstall PM100d Utility dan program dijalankan
kemudian menunngu sampai program siap digunakan.
4. Data pengukuran diambil dari rentang panjang gelombang 400
nm sampai 700 nm dengan interval kenaikan pengukuran 15 nm
12
atau setiap kelipatan 15 nm panjang gelombang pengambilan
data dilakukan.
5. Mencatat daya rata-rata yang ditampilkan oleh OPM setiap
variasi panjang gelombang, hal ini dilakukan berulang terhadap
masing-masing sumber cahaya yang digunakan dan berlaku
untuk semua jenis sumber cahaya.
6. Membuat daya grafik optik sebagai fungsi panjang gelombang
untuk semua sumber cahaya.
7. Kemudian melakukan perhitungan terhadap lebar spektral dan
FWHM dimasing-masing sumber cahaya.
13
4 BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data
Setelah melakukan percobaan, diperoleh data berupa daya ratarata pada tiap-tiap sumber cahaya dengan panjang gelombang 400
nm–700 nm (dengan interval 15 nm) seperti berikut :
a. Laser
Tabel 4.1 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Laser
Panjang
Gelombang
(nm)
Daya Keluaran Optik
Rata-Rata (W)
400
3,E-06
415
2,01E-06
430
1,62E-06
445
1,43E-06
460
1,24E-06
475
1,81E-06
490
1,97E-06
505
2,39E-06
520
-1,55E-08
535
4,54E-06
550
5,57E-06
565
7,15E-06
580
1,08E-05
595
1,68E-05
14
610
9,16E-05
625
1,99E-03
640
1,80E-04
655
3,21E-05
670
1,03E-05
685
3,00E-06
700
2,10E-06
Spektrum Cahaya Laser HeNe
0,0025
DAYA (W)
0,002
0,0015
0,001
0,0005
-0,0005
400
415
430
445
460
475
490
505
520
535
550
565
580
595
610
625
640
655
670
685
700
0
PANJANG GELOMBANG (NM)
Grafik 4.1 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Laser
���� = �� � �������� ×
= ,
= ,
−
�
−
×
15
−
−
→
−
−
−
,
→
−
−
−
−
− ,
,
,
−
− ,
− ,
x
x
−
−
− ,
− ,
x
x
,
−
,
−
,
−
−
= ,
−
−
=
= ,
.
= ,
=
=�
−
−
=
,
,
= ,
= ,
= ,
=
=�
Lebar spektral =
=
−
,
=
−
−
16
b. LED
Tabel 4.2 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang LED
Panjang Gelombang
(nm)
400
415
430
445
460
475
490
505
520
535
550
565
580
595
610
625
640
655
670
685
700
Daya Keluaran Optik
Rata-Rata (W)
-2,37E-08
-1,98E-08
-2,19E-09
-4,75E-09
-1,90E-08
-9,50E-09
7,12E-09
-1,11E-08
-1,20E-08
-1,50E-08
5,03E-09
3,83E-08
1,69E-07
7,57E-07
9,94E-07
1,27E-06
1,87E-06
1,62E-06
4,61E-07
1,02E-07
1,31E-09
17
Spektrum Cahaya LED
0,000002
DAYA (W)
0,0000015
0,000001
0,0000005
0
-5E-07
400 430 460 490 520 550 580 610 640 670 700
PANJANG GELOMBANG (NM)
Grafik 4.2 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang LED
����
→
= �� � �������� ×
= ,
= ,
−
−
,
×
−
−
−
−
−
−
= ,
= ,
,
=
=�
,
=
=
,
×
−
,
−
−
− ,
− ,
x
x
−
−
18
−
−
→
−
=− ,
−
+
,
=−
, =
=�
Lebar spektral =
=
=
,
−
−
,
− ,
− ,
x
x
−
−
,
−
,
=
, −
,
c. Halogen
Tabel 4.3 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Lampu Halogen
Panjang Gelombang
(nm)
400
415
430
445
460
475
490
505
520
535
550
565
Daya Keluaran Optik
Rata-Rata (W)
5,64E-05
2,33E-05
2,33E-05
2,79E-05
3,11E-05
3,79E-05
4,76E-05
5,75E-05
6,86E-05
7,58E-05
8,26E-05
9,19E-05
19
580
595
610
625
640
655
670
685
700
1,01E-04
1,11E-04
1,12E-04
1,15E-04
1,21E-04
1,26E-04
1,29E-04
1,21E-04
1,08E-04
Spektrum Cahaya Lampu Halogen
0,00014
Daya (W)
0,00012
0,0001
0,00008
0,00006
0,00004
0,00002
400
415
430
445
460
475
490
505
520
535
550
565
580
595
610
625
640
655
670
685
700
0
Panjang Gelombang (nm)
Grafik 4.3 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Lampu Halogen
����
= �� � �������� ×
= ,
= ,
−
×
×
−
20
− �1
→
−
−
= ,
−
= .
−
,
−
=
,
=�
−
−
+
,
,
=�
=
Lebar spektral =
,
x
,
x
−4
−4
,
=
=− ,
=−
−4 −
, 9�
−
−
→
−4 −
, 9�
=
=
,
−
,
−
− ,
− ,
x
x
,
−
,
,
−
=
=
,
−
−
21
Tabel 4.4 Rangkuman Perhitungan Tiap Sumber Cahaya
Laser
LED
Lampu Halogen
Daya
Maksimum
(Watt)
1,99 x 10-3
1,87 x 10-6
1,29 x 10-4
FWHM (Watt)
9,95 x 10-4
0,935 x 10-6
0,645 x 10-4
X1 (nm)
,
,
,
X1 - X2
617,14 –
633,25
617,005 –
681,1
462, 685 –
762,13
Lebar Spektral
(nm)
16,11
64,095
299,445
X2 (nm)
,
,
,
4.2 Pembahasan
Pada praktikum ini akan melakukan pengukuran terhadap
beberapa sumber cahaya. Sumber cahaya akan dilewatkan pada
monokromator dan akan dilakukan pengukuran dengan menggunakan
Optical Power Meter (OPM) merupakan sebuah devais atau alat yang
biasa digunakan untuk mengukur kekuatan sinyal optik, istilah
tersebut biasa mengacu pada perangkat untuk menguji daya rata-rata
dalam sistem serat optic. Sebuah power meter umumnya terdiri dari
sensor, amplifier atau penguat, dan display atau tampilan dan
praktikum ini juga menggunakan software Thorlabs. Pengukuran
menggunakan OPM membutuhkan beberapa komponen penunjang
yakni sumber cahaya dan medium yang akan diuji redaman daya rataratanya. Terdapat 3 sumber cahaya. lampu halogen, laser He-Ne, dan
LED.
Hasil pada sumber cahaaya laser He-Ne mempunyai lebar
spektral yang sangat kecil daripada yang lain dikarenakan pada laser
22
mempunyai sifat cahaya yang dihasilkan terfokus sesuai dengan
literatur yang ada yaitu empat sifat laser koheren, monokromatik,
kesearahan, kecerahan, dengan hasil percobaan daya maksimum 1,99
x 10-3 W, FWHM 9,95 x 10-4, dan
Pada LED puncakannya ada pada rentang 617-681 nm,
dengan titik puncak di 640 nm. Ini menunjukkan kesesuaian dengan
literatur yang ada, yaitu LED yang digunakan adalah LED dengan
sinar tampak berwarna merah dengan rentang 610-760 nm. Cahaya
yang dihasilkan LED monokromatik dan tidak koheren. Hasil
percobaan LED yaitu daya maksimumnya 1,87 x 10-6 W, FWHM
0,935 x 10-6, lebar spektral 64,095 nm.
Pada lampu halogen datanya terdapaat noise sehingga
keluaran grafik spektrum tidak sesuai dengan standard. Hal ini
disebabkan oleh adanya gangguan berupa cahaya lain selain cahaya
yang dihasilkan oleh lampu halogen tersebut. Rentang panjang
gelombang halogen mulai dari 400-1200 nm. Namun pada praktikum
rentangnya dibatasi dari 400-700 nm, yang mana rentang tersebut
adalah rentang cahaya tampak. Sehingga pada grafik seperti
menunjukkan data puncakan yang terpotong, apabila dibandingkan
dengan grafik standard puncakan ada di sekitar 650-800 nm dan 8201000 nm. Akan tetapi tetap dilakukan perhitungan untuk lebar
spektralnya dengan aproksimasi pada batas-batas yang hampir
membentuk puncakan, hasil daya maksimum 1,29 x 10-4 W, FWHM
0,645 x 10-4 , dan lebar spektral 99,445 nm.
23
5 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat ditarik setelah melakukan percobaan
karakterisasi spectrum sumber cahaya ini antara lain :
1. Karakter dari suatu sumber cahaya adalah panjang
gelombang λ berbanding terbalik dengan daya rata-rata (Pratarata), apabila panjang gelombang λ semakin diperbesar maka
daya rata-rata (Prata-rata) yang dikeluarkan oleh sumber cahaya
tersebut akan semakin kecil mendekati nol. Namun lebar
spektralnya semakin tinggi untuk daya yang tinggi. Laser HeNe memiliki daya keluaran rata-rata yang paling tinggi diantara
sumber cahaya lain atau dapat dituliskan daya rata-rata (Prata-rata)
dari (Laser He-Ne> Lampu Halogen > LED)
2. Lebar spektral untuk laser He-Ne sebesar 16,11 nm, untuk LED
sebesar 64,095 nm dan untuk lampu halogen sebesar 299,445
nm. Sehingga lebar spektral laser He-Ne < LED < lampu
halogen.
5.2 Saran
Saran selama melaksanakan percobaan perhatikan pencahayaan
ruangan yang dapat mengganggu hal ini dimaksud untuk memperkecil
noise pengukuran supaya data yang didapat mendekati nilai
sebenarnya. Minimalisir penggunaan penerangan saat proses
pengambilan data dilakukan (seperti kecerahan senter dan kecerahan
cahaya laptop).
24
DAFTAR PUSTAKA
Day, R., & Underwood, A. (1986). Quantitative Analysis. Upper
Saddle River, 701: Prentice Hall Publication.
Kalumuck, K. E. (2000). Human body explorations: hands-on
investigates of what makes us tick. Kendall Hunt. p. 74.
ISBN 9780787261535.
Kumar, N. (2008). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications
hlm. 1416 ISBN 9788170085928.
Léna, P., Lebrun, F., & Mignard, F. (1998). Observational
Astrophysics. Springer-Verlag ISBN 3-540-63482-7.
Smith, G. H. (2006). Camera lenses: from box camera to digital.
SPIE Pres hlm. 4 ISBN 9780787261535.
Philips. Lampu halogen. http://www.philips.co.id/ diakses pada 6
November 2017 pukul 20.51
Photonics Handbook. Light Emitting Diodes: A Primer
https://www.photonics.com/EDU/Handbook.aspx?AID
=36706 diakses pada 7 November 2017 pukul 13.33
P1 – KARAKTERISASI SPEKTRUM SUMBER CAHAYA
Disusun Oleh :
KELOMPOK 7/LJ
Nama
:
Reza Maliki Akbar
Asisten
:
Kayi Mahdy Yattaqi
(02311745000017)
(02311440000102)
DEPARTEMEN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2017
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TEKNIK OPTIK
P1 - KARAKTERISASI SPEKTRUM SUMBER CAHAYA
Disusun Oleh :
KELOMPOK 7/LJ
Nama
:
Reza Maliki Akbar
Asisten
:
Kayi Mahdi Yattaqi
(02311745000017)
(02311440000102)
DEPARTEMEN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2017
ABSTRAK
Perkembangan di dunia industri yang memanfaatkan devais optik
bukanlah hal baru lagi, hal ini dikarenakan penggunaan devais optik
mampu meningkatkan kecepatan dan keakuratan dalam produksi.
Teknologi optik yang sudah digunakan dalam dunia industri salah
satunya adalah alat potong menggunakan laser pada benda kerja.
Oleh karena itu, pemahaman mengenai karakteristik cahaya
utamanya dari masing-masing sumber cahaya agar dapat direkayasa
dan dimanfaatkan untuk mempermudah kehidupan manusia sangat
diperlukan. Salah satu hal yang penting dalam karakter cahaya
adalah spektrum dan lebar spektrum sumber cahaya antara lain laser
He-Ne, lampu halogen, dan LED. Dari percobaan ini maka dapat
disimpulkan bahwa karakter dari suatu sumber cahaya adalah
panjang gelombang λ berbanding terbalik dengan daya rata-rata
(Prata-rata), apabila panjang gelombang λ semakin diperbesar maka
daya rata-rata (Prata-rata) yang dikeluarkan oleh sumber cahaya
tersebut akan semakin kecil mendekati nol. Namun lebar spectralnya semakin tinggi untuk daya yang tinggi. Laser He-Ne memiliki
daya keluaran rata-rata yang paling tinggi diantara sumber cahaya
lain atau dapat dituliskan daya rata-rata (Prata-rata) dari (Laser >
Lampu Halogen > LED). Lebar spektral untuk laser He-Ne sebesar
16,11 nm, untuk LED sebesar 64,095 nm dan untuk lampu halogen
sebesar 299,445 nm. Sehingga lebar spektral laser He-Ne < LED <
lampu halogen.
Kata Kunci :Spektrum, monokromator, lebar spektral
i
ABSTRACT
Development in the industrial world that utilize optical devices is not
new anymore, this is because the use of optical devices can increase
the speed and accuracy in production. Optical technology that has
been used in industrial world one of them is cutting tools using laser
on the workpiece. Therefore, an understanding of the main light
characteristics of each light source in order to be engineered and
utilized to facilitate human life is necessary. One of the important
things in the character of light is the spectrum and wide spectrum of
light sources such as He-Ne lasers, halogen lamps, and LEDs. From
this experiment it can be concluded that the character of a light source
is the wavelength (λ) inversely proportional to the average power
(P average), if the wavelength (λ) is increasingly enlarged then the
average power (P average) issued by the light source will be smaller close
to zero. But the spectral width is higher for high power. The He-Ne
laser has the highest average output power among other light sources
or it can be written the average power of (Laser> Halogen Lamps>
LED). The spectral width for the He-Ne laser is 16.11 nm, for the LED
of 64,095 nm and for halogen lamps of 299,445 nm. So the laser
spectral width of He-Ne < LED < halogen lamp.
Keyword: Spectrum, monocromator, spectral width
ii
DAFTAR ISI
ABSTRAK .......................................................................................... i
ABSTRACT .......................................................................................ii
DAFTAR ISI .................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR.......................................................................... v
DAFTAR TABEL ............................................................................. vi
DAFTAR GRAFIK ..........................................................................vii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................. 1
1.1
Latar Belakang.................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah .............................................................. 1
1.3
Tujuan ................................................................................. 2
1.4
Sistematika Laporan ........................................................... 2
BAB II DASAR TEORI ..................................................................... 3
2.1
Spektrum Sumber Cahaya .................................................. 3
2.2
Sumber Cahaya ................................................................... 6
2.2.1
Laser ........................................................................... 6
2.2.2
Lampu Halogen .......................................................... 7
2.2.3
LED (Light Emitting Diode) ....................................... 8
2.3
Monokromator .................................................................... 8
2.4
Lebar Spektral .................................................................... 9
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN ........................................ 11
3.1
Peralatan ........................................................................... 11
iii
3.2
Prosedur Percobaan .......................................................... 11
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ........................ 13
5
4.1
Analisa Data ..................................................................... 13
4.2
Pembahasan ...................................................................... 21
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................... 23
5.1
Kesimpulan ....................................................................... 23
5.2
Saran ................................................................................. 23
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................... 24
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik ........................ 3
Gambar 2.2 Spektrum Laser HeNe ................................................... 4
Gambar 2.3 Spektrum Lampu Halogen ............................................ 5
Gambar 2.4 Spektrum LED .............................................................. 5
Gambar 2.5 Laser .............................................................................. 6
Gambar 2.6 Lampu Halogen ............................................................. 7
Gambar 2.7 LED ............................................................................... 8
Gambar 2.8 Monokromator dengan Grating (Kisi Difraksi) ............ 9
Gambar 2.9 FWHM ........................................................................ 10
Gambar 3.1 Peletakan Komponen dalam Percobaan ...................... 11
v
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Laser ............. 13
Tabel 4.2 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang LED .............. 16
Tabel 4.3 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Lampu Halogen
.......................................................................................................... 18
Tabel 4.4 Rangkuman Perhitungan Tiap Sumber Cahaya ............... 21
vi
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Laser ........... 14
Grafik 4.2 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang LED ............ 17
Grafik 4.3 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Lampu
Halogen ............................................................................................ 19
vii
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik,
baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak
(Kalumuck, 2000). Cahaya merupakan paket partikel yang disebut
foton. Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan
secara visual oleh indra penglihatan sebagai warna. Bidang studi
cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang
penting pada fisika modern.
Seiring dengan bidang studi optika modern yang sekarang
sedang berkembang pesat, pemanfaatan cahaya tidak hanya pada
penerangan saja, namun banyak digunakan oleh industri-industri
seperti telekomunikasi, manufaktur, proses, dll. Contoh aplikasi
bidang optika modern dalam manufaktur adalah sebagai alat potong
benda atau material di industri. Sumber cahaya yang digunakan dalam
aplikasi pemotong di industri memiliki frekuensi dan panjang
gelombang tertentu sehingga memiliki daya yang relatif besar.
Oleh karena itu, pemahaman mengenai karakteristik cahaya
utamanya dari masing-masing sumber cahaya agar dapat direkayasa
dan dimanfaatkan untuk mempermudah kehidupan manusia sangat
diperlukan.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas dapat
dirumuskan masalah yang akan dihadapi dalam praktikum ini
diantaranya adalah :
1. Apa yang dimaksud dengan spektrum sumber cahaya dan
karakteristiknya ?
2. Bagaimana cara menentukan lebar spektral sumber cahaya?
1
2
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari pelaksanaan praktikum ini adalah :
1. Memahami dan menganalisa karakteristik spektrum sumber
cahaya.
2. Menentukan lebar spektral sumber cahaya.
1.4 Sistematika Laporan
Penyusunan laporan praktikum disusun dengan struktur yang
terarah. Adapun sistematika penulisan dibuat dengan urutan sebagai
berikut :
BAB I PENDAHULUAN : dalam bab ini berisikan tentang latar
belakang, rumusan masalah, tujuan diadakan praktikum. Bab ini
ditutup dengan pembahasan sistematika penulisan yang
digunakan.
BAB II DASAR TEORI : bab ini mengenai teori teori dasar
yang dijadikan sebagai acuan dalam praktikum ini.
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN : bab ini berisikan
mengenai alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum.
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN : dalam bab
ini berisikan tentang analisa dari hasil praktikum yang telah
dilakukan seta pembahasan dari praktikum.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN : dalam bab ini berisikan
kesimpulan dari keseluruhan praktikum yang telah dilakukan dan
memberikan saran saran yang mengarah kepada hasil yang lebih
baik.
2 BAB II
DASAR TEORI
2.1 Spektrum Sumber Cahaya
Spektrum gelombang elektromagnetik merupakan rentang
semua radiasi elektromagnetik yang mungkin terjadi, spektrum
elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang,
frekuensi atau tenaga per foton.
Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah
yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi
sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang
gelombang sangat panjang. Biasanya dalam mendeskripsikan energi
spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton
berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk
energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5
mm). Istilah "spektrum optik" juga masih digunakan secara luas dalam
merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya
mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm).
Gambar 2.1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik
3
4
Lebar spektral sumber cahaya dari masing-masing sumber
cahaya berbeda-beda mulai dari laser gas He-Ne, Lampu TL, Lampu
Halogen dan juga LED, kemudian untuk mengetahui besarnya daya
yang dihasilkan ditinjau dari panjang gelombang sumber cahaya
tersebut dapat dilihat pada gambar 2.2; gambar 2.3; gambar 2.4 dan
gambar 2.5 dibawah ini :
Pada laser He-Ne hubungan panjang gelombang dengan daya
yang dikeluarkan adalah sebagai berikut :
Gambar 2.2 Spektrum Laser HeNe
5
Pada lampu Halogen hubungan panjang gelombang dengan
daya yang dikeluarkan adalah sebagai berikut :
Gambar 2.3 Spektrum Lampu Halogen
Pada LED hubungan panjang gelombang dengan daya yang
dikeluarkan adalah sebagai berikut :
Gambar 2.4 Spektrum LED
6
2.2 Sumber Cahaya
Setiap sumber cahaya memiliki karakteristrik spektrum yang
berbeda-beda. Pada dasarnya terdapat dua jenis sumber cahaya, yaitu
cahaya alami dan cahaya buatan. Cahaya alami merupakan cahaya
yang berasal dari matahari, sedangkan cahaya buatan berasal dari lilin,
lampu gas, lampu minyak, dan lain-lain. Kedua sumber cahaya ini
mempunyai kelebihan dan kekurangan. Sumber cahaya alami
memiliki sifat tidak menentu, tergantung pada iklim, musim, dan
cuaca. Cahaya buatan membutuhkan biaya tertentu, namun peletakan
dan kestabilan cahaya dapat diatur. Berikut ini beberapa jenis sumber
cahaya buatan.
2.2.1
Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation) merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan
radiasi elektromagnetik, biasanya dalam bentuk cahaya yang
tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan mata normal,
melalui proses pancaran terstimulasi. Pancaran Laser biasanya
tunggal, memancarkan foton dalam pancaran koheren.
Komponen yang diperlukan adalah resonator untuk proses
penguatan foton. Salah satu jenis laser yang sering digunakan
adalah laser He-Ne. Laser ini merupakan jenis laser gas gabungan
antara Helium dan Neon dengan perbandingan 10:1. Bentuk dari
laser dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.5 Laser
7
2.2.2
Lampu Halogen
Lampu halogen tungsten (yang disebut juga lampu TH atau
cukup disebut lampu halogen) memancarkan cahaya yang lebih
putih dan tahan lama dibandingkan dengan lampu pijar standar.
Umur lampu halogen berkisar antara 2000 jam sampai 10.000
jam. Beberapa tipe dari lampu halogen menggunakan kaca bola
lampu kwarsa dan dapat menjadi sangat panas, sehingga
membutuhkan perlindungan khusus untuk keselamatan.
Temperatur warna untuk lampu halogen adalah sekitar 3000K
yang menghasilkan cahaya yang tampak sedikit lebih putih dan
lebih dingin dibandingkan dengan lampu pijar. Bentuk dan
panampkan dari lampu pijar dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.6 Lampu Halogen
8
2.2.3
LED (Light Emitting Diode)
Gambar 2.7 LED
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah
komponen elektronika yang dapat memancarkan
cahaya
monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan
keluarga dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna
cahaya yang dipancarkan oleh LED bergantung pada jenis bahan
semikonduktor yang dipergunakannya. Pada LED warna merah
panjang gelombangnya 610 < λ < 760 nm dan biasanya bahan
penyusunnya adalah aluminium gallium arsenide.
2.3 Monokromator
Monokromator merupakan serangkaian alat optik yang
berfungsi untuk memisahkan cahaya polikromatik dari sumber cahaya
menjadi monokromatik. Bagian utama monokromator dapat berupa
prisma atau kisi (grating). Prisma dan kisi berfungsi sebagai elemen
pendispersi dalam monokromator. Elemen pendispersi adalah elemen
yang berfungsi menguraikan radiasi cahaya polikromatik menjadi
monokromatik (Day & Underwood, 1986: 399).
9
Gambar 2.8 Monokromator dengan Grating (Kisi Difraksi)
Berikut ini akan dijelaskan prinsip kerja monokromator yang
menggunakan kisi difraksi sebagai elemennya. Kisi difraksi adalah
piranti untuk menghasilkan spektrum menggunakan peristiwa
difraksi. Kisi difraksi dibuat dengan membentuk goresan pada suatu
bahan tertentu dan berfungsi sebagai sistem banyak celah. Jumlah
celah dalam kisi difraksi menentukan kemampuan kisi untuk
memisahkan gelombang. Semakin banyak jumlah celah pada kisi,
maka kemampuan kisi untuk memisahkan panjang gelombang lebih
besar. Jumlah celah pada kisi difraksi untuk daerah cahaya tampak
biasanya sekitar 15.000 sampai 3000 garis/inci (Day & Underwood,
1986: 399-400).
2.4 Lebar Spektral
Spektral adalah hasil interaksi antara energi elektromagnetik
dengan suatu objek. Objek yang ada di permukaan bumi mempunyai
karakteristik yang berbeda satu dengan lainnya. Terdapat objek yang
mempunyai sifat daya serap yang tinggi dan pantulannya rendah
terhadap elektromagnetik, dan sebaliknya. Pola pantulan dan absorpsi
ini berbeda untuk panjang gelombang (wavelength) yang berbeda.
Cahaya tampak baik monokromatik maupun polikromatik memiliki
lebar spektral yang berbeda-beda. Lebar spektral diketahui melalui
10
perpotongan antara daya rata-rata dari sumber cahaya dengan panjang
gelombang atau dikenal dengan FWHM (Full Wave of Half
Maximum).
Gambar 2.9 FWHM
11
3 BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Peralatan
Peralatan atau perlengkapan yang dilakukan dalam percobaan
karakterisasi spektrum sumber cahaya ini antara lain :
1.
2.
3.
4.
5.
Lampu halogen 1 buah.
LED 1 buah
Laser He-Ne 1 buah.
Optical Power Meter Thorlabs PM100D.
Laptop yang sudah terinstall progam PM100D Utility
3.2 Prosedur Percobaan
Prosedur dalam melakukan percobaan karakterisasi spektrum
sumber cahaya ini antara lain :
Gambar 3.1 Peletakan Komponen dalam Percobaan
1. Mempersiapkan peralatan yang akan digunakan.
2. Meletakkan detektor dengan jarak 3 cm dari sumber cahaya
dengan tidak merubah posisi saat melakukan pengukuran
karena akan berpengaruh terhadap daya yang ditampilkan.
3. Menghubungkan detektor dengan piranti Optical Power Meter
(OPM) Thorlabs, kemudian OPM dihubungkan dengan laptop
yang sudah diinstall PM100d Utility dan program dijalankan
kemudian menunngu sampai program siap digunakan.
4. Data pengukuran diambil dari rentang panjang gelombang 400
nm sampai 700 nm dengan interval kenaikan pengukuran 15 nm
12
atau setiap kelipatan 15 nm panjang gelombang pengambilan
data dilakukan.
5. Mencatat daya rata-rata yang ditampilkan oleh OPM setiap
variasi panjang gelombang, hal ini dilakukan berulang terhadap
masing-masing sumber cahaya yang digunakan dan berlaku
untuk semua jenis sumber cahaya.
6. Membuat daya grafik optik sebagai fungsi panjang gelombang
untuk semua sumber cahaya.
7. Kemudian melakukan perhitungan terhadap lebar spektral dan
FWHM dimasing-masing sumber cahaya.
13
4 BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data
Setelah melakukan percobaan, diperoleh data berupa daya ratarata pada tiap-tiap sumber cahaya dengan panjang gelombang 400
nm–700 nm (dengan interval 15 nm) seperti berikut :
a. Laser
Tabel 4.1 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Laser
Panjang
Gelombang
(nm)
Daya Keluaran Optik
Rata-Rata (W)
400
3,E-06
415
2,01E-06
430
1,62E-06
445
1,43E-06
460
1,24E-06
475
1,81E-06
490
1,97E-06
505
2,39E-06
520
-1,55E-08
535
4,54E-06
550
5,57E-06
565
7,15E-06
580
1,08E-05
595
1,68E-05
14
610
9,16E-05
625
1,99E-03
640
1,80E-04
655
3,21E-05
670
1,03E-05
685
3,00E-06
700
2,10E-06
Spektrum Cahaya Laser HeNe
0,0025
DAYA (W)
0,002
0,0015
0,001
0,0005
-0,0005
400
415
430
445
460
475
490
505
520
535
550
565
580
595
610
625
640
655
670
685
700
0
PANJANG GELOMBANG (NM)
Grafik 4.1 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Laser
���� = �� � �������� ×
= ,
= ,
−
�
−
×
15
−
−
→
−
−
−
,
→
−
−
−
−
− ,
,
,
−
− ,
− ,
x
x
−
−
− ,
− ,
x
x
,
−
,
−
,
−
−
= ,
−
−
=
= ,
.
= ,
=
=�
−
−
=
,
,
= ,
= ,
= ,
=
=�
Lebar spektral =
=
−
,
=
−
−
16
b. LED
Tabel 4.2 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang LED
Panjang Gelombang
(nm)
400
415
430
445
460
475
490
505
520
535
550
565
580
595
610
625
640
655
670
685
700
Daya Keluaran Optik
Rata-Rata (W)
-2,37E-08
-1,98E-08
-2,19E-09
-4,75E-09
-1,90E-08
-9,50E-09
7,12E-09
-1,11E-08
-1,20E-08
-1,50E-08
5,03E-09
3,83E-08
1,69E-07
7,57E-07
9,94E-07
1,27E-06
1,87E-06
1,62E-06
4,61E-07
1,02E-07
1,31E-09
17
Spektrum Cahaya LED
0,000002
DAYA (W)
0,0000015
0,000001
0,0000005
0
-5E-07
400 430 460 490 520 550 580 610 640 670 700
PANJANG GELOMBANG (NM)
Grafik 4.2 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang LED
����
→
= �� � �������� ×
= ,
= ,
−
−
,
×
−
−
−
−
−
−
= ,
= ,
,
=
=�
,
=
=
,
×
−
,
−
−
− ,
− ,
x
x
−
−
18
−
−
→
−
=− ,
−
+
,
=−
, =
=�
Lebar spektral =
=
=
,
−
−
,
− ,
− ,
x
x
−
−
,
−
,
=
, −
,
c. Halogen
Tabel 4.3 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Lampu Halogen
Panjang Gelombang
(nm)
400
415
430
445
460
475
490
505
520
535
550
565
Daya Keluaran Optik
Rata-Rata (W)
5,64E-05
2,33E-05
2,33E-05
2,79E-05
3,11E-05
3,79E-05
4,76E-05
5,75E-05
6,86E-05
7,58E-05
8,26E-05
9,19E-05
19
580
595
610
625
640
655
670
685
700
1,01E-04
1,11E-04
1,12E-04
1,15E-04
1,21E-04
1,26E-04
1,29E-04
1,21E-04
1,08E-04
Spektrum Cahaya Lampu Halogen
0,00014
Daya (W)
0,00012
0,0001
0,00008
0,00006
0,00004
0,00002
400
415
430
445
460
475
490
505
520
535
550
565
580
595
610
625
640
655
670
685
700
0
Panjang Gelombang (nm)
Grafik 4.3 Daya Optik terhadap Panjang Gelombang Lampu Halogen
����
= �� � �������� ×
= ,
= ,
−
×
×
−
20
− �1
→
−
−
= ,
−
= .
−
,
−
=
,
=�
−
−
+
,
,
=�
=
Lebar spektral =
,
x
,
x
−4
−4
,
=
=− ,
=−
−4 −
, 9�
−
−
→
−4 −
, 9�
=
=
,
−
,
−
− ,
− ,
x
x
,
−
,
,
−
=
=
,
−
−
21
Tabel 4.4 Rangkuman Perhitungan Tiap Sumber Cahaya
Laser
LED
Lampu Halogen
Daya
Maksimum
(Watt)
1,99 x 10-3
1,87 x 10-6
1,29 x 10-4
FWHM (Watt)
9,95 x 10-4
0,935 x 10-6
0,645 x 10-4
X1 (nm)
,
,
,
X1 - X2
617,14 –
633,25
617,005 –
681,1
462, 685 –
762,13
Lebar Spektral
(nm)
16,11
64,095
299,445
X2 (nm)
,
,
,
4.2 Pembahasan
Pada praktikum ini akan melakukan pengukuran terhadap
beberapa sumber cahaya. Sumber cahaya akan dilewatkan pada
monokromator dan akan dilakukan pengukuran dengan menggunakan
Optical Power Meter (OPM) merupakan sebuah devais atau alat yang
biasa digunakan untuk mengukur kekuatan sinyal optik, istilah
tersebut biasa mengacu pada perangkat untuk menguji daya rata-rata
dalam sistem serat optic. Sebuah power meter umumnya terdiri dari
sensor, amplifier atau penguat, dan display atau tampilan dan
praktikum ini juga menggunakan software Thorlabs. Pengukuran
menggunakan OPM membutuhkan beberapa komponen penunjang
yakni sumber cahaya dan medium yang akan diuji redaman daya rataratanya. Terdapat 3 sumber cahaya. lampu halogen, laser He-Ne, dan
LED.
Hasil pada sumber cahaaya laser He-Ne mempunyai lebar
spektral yang sangat kecil daripada yang lain dikarenakan pada laser
22
mempunyai sifat cahaya yang dihasilkan terfokus sesuai dengan
literatur yang ada yaitu empat sifat laser koheren, monokromatik,
kesearahan, kecerahan, dengan hasil percobaan daya maksimum 1,99
x 10-3 W, FWHM 9,95 x 10-4, dan
Pada LED puncakannya ada pada rentang 617-681 nm,
dengan titik puncak di 640 nm. Ini menunjukkan kesesuaian dengan
literatur yang ada, yaitu LED yang digunakan adalah LED dengan
sinar tampak berwarna merah dengan rentang 610-760 nm. Cahaya
yang dihasilkan LED monokromatik dan tidak koheren. Hasil
percobaan LED yaitu daya maksimumnya 1,87 x 10-6 W, FWHM
0,935 x 10-6, lebar spektral 64,095 nm.
Pada lampu halogen datanya terdapaat noise sehingga
keluaran grafik spektrum tidak sesuai dengan standard. Hal ini
disebabkan oleh adanya gangguan berupa cahaya lain selain cahaya
yang dihasilkan oleh lampu halogen tersebut. Rentang panjang
gelombang halogen mulai dari 400-1200 nm. Namun pada praktikum
rentangnya dibatasi dari 400-700 nm, yang mana rentang tersebut
adalah rentang cahaya tampak. Sehingga pada grafik seperti
menunjukkan data puncakan yang terpotong, apabila dibandingkan
dengan grafik standard puncakan ada di sekitar 650-800 nm dan 8201000 nm. Akan tetapi tetap dilakukan perhitungan untuk lebar
spektralnya dengan aproksimasi pada batas-batas yang hampir
membentuk puncakan, hasil daya maksimum 1,29 x 10-4 W, FWHM
0,645 x 10-4 , dan lebar spektral 99,445 nm.
23
5 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat ditarik setelah melakukan percobaan
karakterisasi spectrum sumber cahaya ini antara lain :
1. Karakter dari suatu sumber cahaya adalah panjang
gelombang λ berbanding terbalik dengan daya rata-rata (Pratarata), apabila panjang gelombang λ semakin diperbesar maka
daya rata-rata (Prata-rata) yang dikeluarkan oleh sumber cahaya
tersebut akan semakin kecil mendekati nol. Namun lebar
spektralnya semakin tinggi untuk daya yang tinggi. Laser HeNe memiliki daya keluaran rata-rata yang paling tinggi diantara
sumber cahaya lain atau dapat dituliskan daya rata-rata (Prata-rata)
dari (Laser He-Ne> Lampu Halogen > LED)
2. Lebar spektral untuk laser He-Ne sebesar 16,11 nm, untuk LED
sebesar 64,095 nm dan untuk lampu halogen sebesar 299,445
nm. Sehingga lebar spektral laser He-Ne < LED < lampu
halogen.
5.2 Saran
Saran selama melaksanakan percobaan perhatikan pencahayaan
ruangan yang dapat mengganggu hal ini dimaksud untuk memperkecil
noise pengukuran supaya data yang didapat mendekati nilai
sebenarnya. Minimalisir penggunaan penerangan saat proses
pengambilan data dilakukan (seperti kecerahan senter dan kecerahan
cahaya laptop).
24
DAFTAR PUSTAKA
Day, R., & Underwood, A. (1986). Quantitative Analysis. Upper
Saddle River, 701: Prentice Hall Publication.
Kalumuck, K. E. (2000). Human body explorations: hands-on
investigates of what makes us tick. Kendall Hunt. p. 74.
ISBN 9780787261535.
Kumar, N. (2008). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications
hlm. 1416 ISBN 9788170085928.
Léna, P., Lebrun, F., & Mignard, F. (1998). Observational
Astrophysics. Springer-Verlag ISBN 3-540-63482-7.
Smith, G. H. (2006). Camera lenses: from box camera to digital.
SPIE Pres hlm. 4 ISBN 9780787261535.
Philips. Lampu halogen. http://www.philips.co.id/ diakses pada 6
November 2017 pukul 20.51
Photonics Handbook. Light Emitting Diodes: A Primer
https://www.photonics.com/EDU/Handbook.aspx?AID
=36706 diakses pada 7 November 2017 pukul 13.33