polarisasi dan plat polarisasi (1)

TUGAS MATA KULIAH GELOMB
MBANG OPTIK

POLARI
ARISASI DAN PLAT PEMOLARISASI

OLEH
ryane R. Y.Katibi
Asrya
ni F
Feoh
Erni
Julinda
inda A. Taopan
Salver
verius Jagom
Zefna
fnat Y. Kueanan

1201057040
1101052062

1201057033
1201057029
1201057061

PROGRAM
GRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUS
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
FAKULTAS
AS K
KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNI
UNIVERSITAS NUSA CENDANA
KUPANG
2014

PENDAHULUAN

A. Deskripsi
Cahaya sudah menggelitik rasa ingin tahu manusia selama berabad – abad. Mula

– mula secara teori cahaya dianggap sebagai sesuatu yang memancar dari mata.kemudian
disadari bahwa cahaya pastilah muncul dari obyek – obyek yang terlihat dan memasuki
mata sehingga menyebabkan sensasi pengelihatan. Pertanyaan tentang apakah cahaya
terdiri dari sebuah sorotan dari partikel – partikel atau semacam gerakan gelombang
adalah yang paling menarik dalam sejarah sains. Dari Sir Isaac Newton hingga Albert
Einstein.
Cahaya, seperti halnya semua radiasi elektromagnetik, diramalkan oleh teori
elektromagnetik sebagai gelombang transversal, yakni dimana vektor listrik dan vektor
magnet yang bergetar adalah tegak lurus kepada arah penjalaran tersebut. Sebagai contoh,
pada gelombang yang bergerak pada sebuah senar, komponen – komponen senar tersebut
bergerak pada sebuah bidang yang tegak lurus senar tersebut. Sama halnya dengan
sebuah gelombang cahaya yang berjalan pada arah z, medan listriknya tegak lurus arah z
tersebut. (Medan magnet gelombang cahaya tegak lurus arah z tersebut). Jika getaran
gelombang transversal tersebut tetap paralel terhadap garis tertentu di udara, gelombang
tersebut dikatakan terpolarisasi secara linear.
Sebagian besar gelombang yang dihasilkan sumber tunggal akan terpolarisasi,
sedangkan gelombang – gelombang yang dihasilkan oleh banyak sumber biasanya tidak
terpolarisasi.
Cahaya terpolarisasi dapat dihasilkan dari sebuah sinar yang tak terpolarisasi
dengan beberapa cara: Penyerapan (Absorbsi); Hamburan; Pemantulan (Refleksi);

Pembiasan (Refraksi) ganda.
B. Tujuan
Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah:
1. Tugas mata kuliah gelombang optik
2. Bahan belajar untuk mahasiswa.
C. Materi
1. Pengertian
Polarisasi adalah peristiwa pembatasan gelombang vektor yang
membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah. Pada
umumnya, gelombang cahaya mempunyai banyak arah getar. Gejala
polarisasi hanya dapat di alami oleh gelombang transversal.

Gambar 1. gelombang yang mengalami polarisasi

2. Macam – m
macam Polarisasi
a. Polaris
risasi akibat Penyerapan
Pol
olarisasi akibat penyerapan terjadi jika cahayaa melalui

m
Zat yang
dapatt m
memutar bidang polarisasi gelombang cahaya.. Zat
Za tersebut dapat
menyer
yerap arah bidang getar gelombang cahaya dan
n hanya
ha
melewatkan
salahh ssatu bidang getar. Zat tersebut di namakan: Polaroid.
Pol
Polaroid
ini per
pertama kali ditemukan oleh E. H. Land, pada
da tahun 1938. Ia
menem
nemukan material yang terdiri dari molekul – mole
olekul hidrokarbon
rantai-pa

ai-panjang yang berjajar ketika lembaran tersebut
but direnggangkan
pada ssatu arah selama proses pembuatan. Rantaii – rantai tersebut
watkan cahaya pada frekuensi optis jika lembaran
lem
tersebut
melewa
asukkan dalam larutan yang berisi yodium. Saa
aat cahaya masuk
dimasukka
dengan
ngan vektor medan listriknya parallel rantai – rantai
ntai tersebut, cahaya
ditransm
nsmisikan. Arah tegak lurus rantai – rantaii tersebut disebut
sumbu
bu transmisi. Cahaya ditransmisikan medan listri
trik parallel sumbu
transmi
nsmisi dan semua cahaya akan diserap jika ia tegak

tega lurus sumbu
transmi
nsmisi.
Angga
Anggaplah seberkas cahaya yang tidak terpolarisa
isasi berjalan pada
arah z masuk pada Polaroid dengan sumbu transmi
misi pada arah y.
secara
ra rata – rata, setengah cahaya masuk memiliki medan
m
listrik pada
arah y dan setengah pada arah x. Jadi, sete
etengah intensitas
ditransm
nsmisikan, dan cahaya yang ditransmisikan terpolarisasi
ter
linear
ngan m
medan listriknya pada arah y.

dengan

x

Sumbu transmisi
E

Polarizer

Sumbu transmisi

analizer

Gambar 2. Dua Polaroid dengan sumbu sumbu transmisinya.

Misalkan kita memiliki Polaroid kedua dengan sumbu
transmisinya membentuk sudut α dengan sumbu transmisi dari
Polaroid yang pertama seperti pada gambar diatas. Jika E adalah
medan listrik diantara kedua Polaroid, komponen sepanjang arah
sumbu transmisi dari Polaroid kedua adalah E cos α . Karena intensitas

cahaya proporsional terhadap E2, intensitas cahaya yang
ditransmisikan oleh kedua Polaroid diberi rumus:
I = I0 cos2 α
Dimana, I0 adalah intensitas yang masuk pada Polaroid kedua dan,
tentu saja, setengah intensitasnya yang masuk pada Polaroid pertama.
Jika kedua elemen yang mempolarisasikan di tempat berurutan pada
seberkas cahaya polarizer dan analyzer disilangkan, yaitu jika sumbu
– sumbu transmisi saling tegak lurus, tidak aka nada cahaya yang
keluar melaluinya.
b. Polarisasi akibat Hamburan
Hamburan cahaya di definisikan sebagai suatu peristiwa
penyerapan dan pemancaran kembali suatu gelombang cahaya oleh
partikel. Fenomena hamburan cahaya dapat ditunjukkan dengan
melewatkan seberkas cahaya melalui sebuah bak berisi air yang sudah
di taburi dengan sedikit susu bubuk. Partikel – partikel susu menyerap
cahaya dan meradiasi ulang, sehingga berkas sinar tersebut menjadi
tampak. Demikian juga dengan berkas sinar laser dapat dibuat tampak

dengan menaburi serbuk kapur atau memberikan asap ke udara agar
cahaya laser tersebut terhambur.

Kita dapat memahami polarisasi akibat hamburan jika kita
memikirkan molekul penyerap sebagai antenna dipol listrik yang
meradiasikan gelombang – gelombang dengan intensitas maksimum
dengan arah tegak lurus terhadap antena dengan vektor medan listrik
sejajar antena dan intensitas nol pada arah sepanjang antena.

Sebaran cahaya yang
Terpolarisasi secara
linear

cahaya datang
tak terpolarisasi

sebaran cahaya yang
terpolarisasi secara linear

Gambar 3. Polarisasi melalui hamburan cahaya

Gambar 3 menunjukkan seberkas cahaya yang tidak terpolarisasi
yang mula – mula berjalan sepanjang sumbu z yang mengenai pusat

hamburan pada titik asal. Medan listrik dalam cahaya memiliki
komponen – komponen baik dalam arah x maupun y,yang tegak lurus
arah gerak berkas cahaya tersebut. Medan – medan listrik tersebut
menimbulkan osilasi - osilasi pusat hamburan baik pada arah x
maupun y, tetapi tidak pada osilasi pada arah z. osilasi hamburan pada
arah x menghasilkan cahaya sepanjang sumbu y tetapi tidak sepanjang
sumbu x, yang berarti sepanjang garis osilasi. Cahaya diradiasi
sepanjang sumbu x dipolarisasikan pada arah y. hali ini dapat dilihat
dengan menguji cahaya yang dihamburkan dari sepotong Polaroid.
c. Polarisasi akibat (Refleksi) Pemantulan
Di tahun 1809, Malus menemukan bahwa cahaya dapat
terpolarisasi sebagian atau seluruhnya oleh refleksi. Saat cahaya yang

tidak terpolarisasi dipantulkan dari sebuah bidang batas permukaan
datar di antara dua medium transparan, seperti udara dan kaca atau
udara dan air, cahaya yang dipantukan terpolarisasi sebagian. Tingkat
polarisasi bergantung pada sudut datang dan indeks bias kedua
medium tersebut. Saat sudut datang sedemikian rupa sehingga sinar –
sinar yang dipantulkan dan dibiaskan saling tegak lurus, maka cahaya
yang dipantulkan terpolarisasi secara keseluruhan. Hasil tersebut

ditemukan oleh Sir David Brewster pada tahun 1812.
Normal
Sinar datang

sinar pantul

Sinar bias

Gambar 4. Polarisasi melalui pemantulan

Gambar 4 diatas menunjukkan cahaya yang masuk pada sudut
polarisasi
dimana cahaya yang dipantulkan terpolarisasi secara
keseluruhan. Medan listrik cahaya yang masuk dapat pecah menjadi
komponen – komponen yang sejajar dan tegak lurus bidang datang.
Cahaya yang dipantulkan terpolarisasi secara keseluruhan dengan
medan listriknya tegak lurus bidang datang. Kita dapat
menghubungkan sudut polarisasi dan indeks bias media dengan
memakai hukum Snellius. Jika adalah indeks bias medium pertama
dan
indeks bias medium kedua, dari hukum Snellius:
sin

=

sin

Dimana
adalah sudut bias. Dari gambar 4, kita lihat bahwa jumlah
dari sudut pantul dan sudut bias adalah 900. Karena sudut pantul sama
dengan sudut datang, maka:
= 900 −

jadi

sin

=

sin ( 900 −

=

cos

)

atau
tan

=

, yang dikenal sebagai sudut polarisasi.

Meskipun cahaya yang dipantulkan dapat terpolarisasi secara
keseluruhan ketika sudut datang
, namun cahaya yang
ditransmisikan hanya terpolarisasi sebagian karena hanya sebagian
kecil cahaya masuk yang dipantulkan.
Cahaya yang tak

terpolarisasi
masuk

gelombang yang
direfraksikan

udara
gelas
gelombang yang
direfreksikan

Gambar 5. Cahaya yang terpolarisasi yang
datang pada sudut polarisasi

Gambar 5, memperlihatkan sebuah sinar tak terpolarisasi
yang
jatuh pada sebuah permukaan gelas. Jika kita anggap molekul –
molekul pada medium kedua berosilasi dengan medan listrik E dari
berkas sinar yang dibiaskan, maka tidak (akan) ada berkas sinar yang

dipantulkan karena tidak ada energi yang diradiasikan sepanjang garis
oasilasinya.
Vektor E untuk setiap deret gelombang di dalam sinar tersebut
dapat diuraikan ke dalam dua komponen, komponen pertama
dinyatakan oleh titik – titik ( ), di namakan komponen , oleh Jerman
Senkrecht, yang berarti tegak lurus. Komponen kedua dinyatakan oleh
panah – panah (
), di namakan komponen yang berarti untuk yang
sejajar. Secara rata – rata, untuk cahaya yang masuk yang seluruhnya
tak terpolarisasi, maka kedua komponen ini mempunyai amplitude
yang sama.
d. Pembiasan Ganda
Birefringence atau pembiasan ganda adalah sebuah fenomena
rumit yang terjadi pada kristal – kristal kalsit atau kristal – kristal
nonkubik lainnya dan pada plastik – plastik yang ditegangkan seperti
selefon. Pada kebanyakan material, laju cahaya adalah sama ke semua
arah. Material – material seperti ini disebut isotropik. Disebabkan
struktur atomnya, material – material birefringence adalah
anisotropik. Laju cahaya bergantung pada pada arah rambatnya
melalui material – material tersebut. Saat seberkas cahaya masuk pada
material – material tersebut, seberkas tersebut mungkin terpisah
menjadi dua berkas yang disebut berkas sinar bias dan berkas sinar
luar biasa. Berkas – berkas ini terpolarisasi dalam arah yang saling
tegak lurus, dan berjalan dengan kecepatan berbeda. Bergantung pada
orientasi relative material dan cahaya yang masuk (datang), sinar –
sinar (berkas – berkas) tersebut mungkin juga berjalan dengan arah
berbeda – beda.
Ada arah tertentu pada bahan pembiasan ganda dimana kedua sinar
merambat dengan kecepatan sama. Arah ini disebut sumbu optik
bahan tersebut. Tidak ada hal luar biasa yang terjadi saat cahaya
berjalan sepanjang sumbu optiknya.

Sinar masuk

Sinar o

Sinar e

Gambar di atas memperlihatkan sebuah sinar cahaya yang tak
terpolarisasi yang jatuh pada sebuah kristal kalsit dalam arah tegak
lurus ke salah satu muka kristal kalsit tersebut. Sinar tunggal tersebut
memisahkan menjadi dua sinar pada permukaan kristal.
Jika kedua sinar yang keluar tersebut dianalisis dengan sebuah
lembar pemolarisasi, maka kedua sinar tersebut didapatkan
terpolarisasi bidang dengan bidang – bidang getarannya tegak lurus
terhadap satu sama lain, yang merupakan kenyataan yang ditemukan
oleh Huygens pada tahun 1678. Huygens menggunakan sebuah kristal
klasit kedua untuk menyelidiki keadaan – keadaaan polarisasi sinar
yang ditandai dengan o dan e di dalam gambar tersebut.
Jika eksperimen – eksperimen dilakukan pada berbagai sudut
masuk, maka salah satu sinar (sinar o) akan menuruti hukum refraksi
Snellius pada permukaan kristal, yang persis menyerupai sebuah sinar
yang lewat dari sebuah medium isotropik kedalam sebuah medium
isotropik lain. sinar lainnya (sinar e) tidak akan menuruti hukum
Snellius. Misalnya, pada gambar di atas, sudut masuk untuk cahaya
masuk adalah nol tetapi sudut refraksi dari sinar e, bertentangan
dengan ramalan Snellius, tidaklah sama denagn nol. Pada umumnya
sinar e tersebut malah tidak terletak di dalam bidang masuk.
Jika cahaya masuk pada sebuah kristal pembiasan ganda yang
tegak lurus bagian depan kristal tersebut dan tegak lurus sumbu
optiknya, maka kedua sinar berjalan dalam arah yang sama namun
berbeda lajunya. Jumlah panjang gelombang pada kedua berkas sinar
pada Kristal tersebut berbeda karena panjang gelombang (λ = v/f )
sinarnya berbeda. Sinar yang keluar dari kristal akan memiliki
perbedaan fase yang bergantung pada ketebalan kristal dan pada
panjang gelombang sinar datang. Pada kristal seperempat gelombang,
ketebalannya menyebabkan perbedaan fase 900 antara gelombang
datang dengan gelombang yang keluar dari kristal. Dalam sebuah
kristal setengah gelombang berkas – berkas sinar memancar dengan
perbedaan fase 1800.
Perbedaan ini di antara gelombang – gelombang yang dinyatakan
oleh sinar o dari sinar e terhadap hukum Snellius dapat diterangkan di
dalam pernyataan:
1. Gelombang o berjalan di dalam kristal dengan laju v0 yang
sama di dalam semua arah.
2. Gelombang e berjalan di dalam kristal dengan laju yang
berubah dengan arah mulai dari v0 ke suatu nilai yang lebih
besar.

3. Plat Pemolarisasi

Plat polarisasi (P1)

Gambar 6. Plat Polarisasi

Gambar 6 diatas memperlihatkan cahaya yang tak terpolarisasi yang
jatuh pada sebuah bahan pemolarisasi komersial yang dinamakan
Polaroid. Di dalam plat tersebut terdapat sebuah arah pemolarisasi
karakteristik tertentu, yang diperlihatkan oleh garis – garis sejajar. Plat
tersebut hanya akan mentransmisikan komponen – komponen rentetan
gelombang yang vektor – vektor listriknya bergetar sejajar kepada arah ini
dan akan menyerap komponen – komponen rentetan gelombang yang
vektor – vektor listriknya bergetar tegaklurus kepada arah ini. Cahaya
yang keluar akan merupakan cahaya terpolarisasi bidang. Arah
pemolarisasi ini dihasilkan selama proses pembuatan plat tersebut dengan
menanamkan molekul – molekul berantai panjang tertentu di dalam
sebuah plat plastic yang fleksibel dan kemudian merentangkan plat
tersebut sehingga molekul – molekul disejajarkan sejajar satu sama lain.
y

x

y

Ey

E

x
Ex

Dua gambar diatas, plat pemolarisasi atau pengkutub (polarisasi)
terletak di dalam bidang halaman gambar dan arah penjalaran adalah
menuju ke dalam halaman gambar. Panah E memperlihatkan bidang
getaran dari sebuah rentetan gelombang yang dipilih secara sembarang
yang jatuh pada plat tersebut. Dua komponen vektor, Ex (yang besarnya E
sin ) dan Ey (yang besarnya E cos ), dapat menggantikan E, yang satu
sejajar kepada arah pemolarisasi dan yang satu lagi tegaklurus kepada arah
pemolarisasi; hanya yang disebut terdahulu yang akan ditransmisikan;
yang disebut belakangan akan diserap di dalam plat tersebut.

P1

P2
Marilah kita menempatkan sebuah plat pemolarisasi kedua P2,
penganalisis. Jika P2 dirotasikan terhadap arah penjalaran, maka ada dua
kedudukan, yang terpisah sebesar 1800, dimana intensitas cahaya yang

ditransmisikan hampir sama dengan nol; kedudukan – kedudukan inilah
yang merupakan kedudukan – kedudukan di dalam arah – arah
pemolarisasi dari P1 dan P2 adalah tegaklurus satu sama lain.
Jika amplitudo dari gelombang terpolarisasi bidang yang jatuh pada P 2
adalah Em, maka amlitudo cahaya yang keluar adalah Em cos , dimana
adalah sudut di antara arah – arah pemolarisasi dari P1 dan P2. Dengan
mengingat kembali bahwa intensitas cahaya adalah sebanding dengan
kuadrat dari amplitudo, maka intensitas yang ditransmisikan I berubah
dengan menurut persamaan:
I = Im cos2 ,
Dimana Im adalah nilai maksimum dari intensitas yang ditransmisikan.

EVALUASI

1. Intensitas cahaya yang tidak terpolarisasi sebesar 3,0 w/m2 masuk pada dua kristal
polarisasi yang sumbu – sumbu transmisinya membentuk sudut 600. Berapa intensitas
cahaya yang ditransmisikan oleh kedua kristal polarisasi tersebut?
Jawab:
Intensitas cahaya yang ditransmisikan oleh kristal pertama adalah setengah
dari intensitas masuknya, atau 1,5 w/m2. Dengan mengingat intensitas ini
I0, yang ditransmisikan oleh kristal kedua adalah
I = Im cos2 = (1,5 w/m2) cos 600
= 0,375 w/m2
2. Dua lembar pengkutub mempunyai arah – arah pemolarisasi yang sejajar sehingga
intensitas Im dari cahaya yang ditransmisikan adalah maksimum. Melalui sudut berapakah
salah satu lembar tersebut harus diputar supaya intensitasnya turun sebanyak setengah?
Jawab:
Telah diketahui persamaan intensitasnya: I = Im cos2 , maka diperoleh
I = Im = Im cos2
= cos – 1 ±

= ± 450, ± 1350.

3. Dua buah kristal tourmail, satu sama lain bersilangan dengan sudut 45 0. Intensitas cahaya
mula – mula yang mengenai kristal pertama 20 w/m2. Berapakah intensitas cahaya yang
dapat dilewatkan oleh kedua kristal tersebut?
Jawab:
Persamaan polarisasi akibat penyerapan
I = Im
= . I0 cos2
= . 20 . cos2 450
= 5 w/m2.
4. Intensitas cahaya yang ditransmisikan oleh kedua plat polarisasi sebesar 3,75 Watt/m2.
Sumbu – sumbu transmisi yang dibentuk kedua plat polarisasi membentuk sudut 60 0.
Berapakah intensitas mula – mula?
Jawab:
I = I0 cos2
3,75 = I0 cos2 600

3,75 = I0 ( )2, I0 =30 w/m2
5. Mengapa pada waktu matahari terbenam, cahaya yang di langit terlihat kuning atau
merah?
Jawab:
Menjelang sore, pada waktu dimana cahaya matahari harus menempuh
jarak ayng jauh melintasi atmosfer bumi untuk sampai di suatu titik yang
terletak di atas atau hampir di atas seorang pengamat, maka sebagian besar
cahaya biru di dalam cahaya matahari terambil darinya karena
penghamburan. Cahaya putih di kurangi cahaya itu kuning atau merah.
Jadi, apabila cahaya matahari yang sudah tidak ada lagi komponen birunya
mengenai awan, cahaya yang memantul dari awan ke pengamat akan
berwarna kuning atau merah, seperti biasanya yang diamati saat menjelang
terbenam.

DAFTAR PUSTAKA

Holliday David dan Robert Resnick. 1997. Fisika Jilid 2 Edisi ke 3. Jakarta: Erlangga
Kane Joseph W dan Morton M. Sternhem. 1991. Fisika. Jakarta: Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi
Tippler. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik jilid 2. Jakarta: Erlangga.