Interferensi Gelombang Cahaya

Pengantar Gelombang Optik

Periksa compact disc di bawah cahaya putih, anda akan mengamati warna dan lokasi dari warna.  Apakah spektrum warna ini terbentuk oleh difraksi dari garis melingkar yang berpusat di tengah disk? dan, jika sedemikian, berapa jarak di antara warna-warna tersebut. Jika tidak, tentukan jenis jarak. Sama halnya dengan CD, Anda juga pasti mengenal spektrum beberapa sumber cahaya, seperti nyala lilin, lampu pijar, lampu halogen, dan lampu neon. Mengetahui jarak dari deretan lubang di compact disc, memperkirakan jarak maksimum yang akan memungkinkan jumlah yang diberikan megabyte informasi untuk disimpan.

Gambar 1: Warna dari compact disc tercermin bervariasi dengan sudut dan tidak disebabkan oleh pigmen. Warna seperti ini adalah bukti langsung dari karakter gelombang cahaya.

Jika Anda pernah melihat merah, biru, dan hijau dalam gelembung sabun yang diterangi matahari, bagaimana air sabun dapat menghasilkan spektrum warna yang begitu indah?. Kita telah memahami salah satu dari banyak fenomena yang hanya bisa dijelaskan oleh karakter gelombang cahaya (lihat Gambar). Hal yang sama berlaku untuk warna yang terlihat dalam tumpahan minyak atau dalam cahaya yang dipantulkan dari compact disc. Ini dan fenomena menarik lainnya, seperti dispersi cahaya putih menjadi warna pelangi ketika melewati celah sempit, tidak dapat dijelaskan sepenuhnya oleh optik geometris. Dalam kasus ini, cahaya berinteraksi dengan benda-benda kecil dan menunjukkan karakteristik gelombang nya. Cabang optik yang menganggap perilaku cahaya ketika menunjukkan karakteristik gelombang (terutama ketika berinteraksi dengan benda-benda kecil) disebut gelombang optik (kadang-kadang disebut optik fisik). Ini adalah topik bagian ini.

Gambar 2: gelembung sabun ini menunjukkan warna yang cemerlang ketika disinari matahari.

Interferensi Gelombang Cahaya

Kita tahu bahwa cahaya tampak adalah jenis gelombang elektromagnetik yang dapat direspon/dilihat oleh mata. Seperti semua gelombang elektromagnetik lain, mematuhi persamaan

 c = fλ, 

 di mana c = 3 × 10^8 m/s adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, f adalah frekuensi gelombang elektromagnetik, dan λ adalah panjang gelombang. Kisaran panjang gelombang terlihat adalah sekitar 380-760 nm. Seperti ini berlaku untuk semua gelombang, cahaya bergerak dalam garis lurus dan bertindak seperti sinar ketika berinteraksi dengan objek beberapa kali lebih besar panjang gelombang. Namun, ketika berinteraksi dengan benda-benda yang lebih kecil, ini akan menampilkan karakteristik gelombang yang mencolok. Interferensi adalah ciri gelombang, dan pada Gambar kedua sinar dan karakteristik gelombang cahaya dapat dilihat. Sinar laser yang dipancarkan oleh observatorium melambangkan sinar yang berbentuk garis lurus. Namun, ketika melewati sinar murni melalui celah vertikal dengan ukuran dekat dengan panjang gelombang sinar mengungkapkan karakter gelombang cahaya, seperti balok menyebar horizontal menjadi pola daerah terang dan gelap yang disebabkan oleh interferensi konstruktif dan destruktif secara sistematis. Daripada menyebar, sinar akan melanjutkan perjalanan lurus ke depan setelah melewati celah.

Cahaya memiliki karakteristik gelombang di berbagai medium serta dalam ruang hampa. Ketika cahaya bergerak dari vakum ke beberapa media, seperti air, kecepatan dan panjang gelombang berubah, tetapi frekuensi f nya tetap sama. (Kita bisa memikirkan cahaya sebagai osilasi paksa yang harus memiliki frekuensi sumber asli.) Kecepatan cahaya dalam medium adalah v = c/n, di mana n adalah indeks bias. Jika kita membagi kedua sisi persamaan c = fλ oleh n, kita mendapatkan c/n = v = fλ/n. Ini berarti bahwa

di manaλnadalahpanjang gelombangdalam mediumdan

di mana λ adalah panjang gelombang dalam ruang hampa dan n adalah indeks medium pembiasan. Oleh karena itu, panjang gelombang cahaya lebih kecil dalam medium apapun daripada di vakum. Dalam air, misalnya, yang memiliki n=1,333, kisaran panjang gelombang terlihat adalah (380 nm)/1.333 ke (760 nm) /1.333, atau λn = 285 ke 570nm. Meskipun panjang gelombang berubah saat bergerak dari satu medium ke lainnya, warna tidak,karena warna berhubungan dengan frekuensi.

Gambar 3: Fenomena spekrum cahaya ini yang kita kenal dengan pelangi, biasanya muncul ketika musim penghujan.