3 propagasi dan polarisasi cahaya
DESCRIPTION
Propagasi Dan Polarisasi CahayaTRANSCRIPT
![Page 1: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/1.jpg)
PROPAGASI DAN POLARISASI CAHAYA PROPAGASI DAN PROPAGASI DAN
POLARISASI CAHAYA POLARISASI CAHAYA
![Page 2: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/2.jpg)
Bagian I: Propagasi Cahaya danPolarisasi
• Propagasi Cahaya
• Polarisasi– Polarisasi Linier
– Polarisasi sirkular
– Polarisasi eliptik
![Page 3: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/3.jpg)
Cahaya sebagai GelombangElektromagnetik (EM)
Cahaya merupakan gelombang transversal, dimanamedan E dan medan B saling tegak lurus.
![Page 4: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/4.jpg)
Deskripsi matematis gelombang EM
Gelombang yang menjalar pada sumbu-z:
y)t-kzcos(E)tz,(E
xt)-kzcos(E)tz,(E
0yy
0xxrr
rr
εωω
+=
=
εε 2
0y
y
0x
x
2
0y
y
2
0x
x sincosE
E
E
E2
E
E
E
E = −
+
Persamaan gelombang diatas, dapat diubah menjadipersamaan gelombang elips (menggunakantrigonometri)
![Page 5: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/5.jpg)
Suatu persamaan elips dapat diungkapkan dalam 4-besaran :
1. Ukuran pada skala mayor2. Ukuran pada skala minor3. Sudut orientasi4. sense (CW, CCW)
Cahaya dapat digambarkan dalam 4 kuantitasatau besaran
![Page 6: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/6.jpg)
POLARISASI CAHAYAPOLARISASI CAHAYAPOLARISASI CAHAYA
![Page 7: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/7.jpg)
Secara alami, cahaya tidak terpolarisasi.
Namun cahaya dapat dibuat terpolarisasi denganbantuan instrumen optik.
![Page 8: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/8.jpg)
A. POLARISASI LINIER
A.1. POLARISASI VERTIKAL
Jika amplitudo pada sumbu-x nol (E0x = 0), maka hanyaada satu komponen, yaitu dalam sumbu-y (vertikal).
y)t-kzcos(E)tz,(E
xt)-kzcos(E)tz,(E
0yy
0xxrr
rr
εωω
+=
=
Hanya nilai medan listrik E yang berosilasi, arahnyatetap.
![Page 9: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/9.jpg)
A. POLARISASI LINIER
A.2. POLARISASI PADA SUDUT 450
Jika tidak ada perbedaan fasa (ε = 0) dan pada sumbu-xnol (E0x = E0V), maka Ex = Ey.
y)t-kzcos(E)tz,(E
xt)-kzcos(E)tz,(E
0yy
0xxrr
rr
εωω
+=
=
![Page 10: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/10.jpg)
A.2. POLARISASI PADA SUDUT 450
Evolusi medan listrik terhadap waktu.
![Page 11: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/11.jpg)
B. POLARISASI SIRKULAR
Nilai medan listrik tetap, arahnya yang berubah.
Merupakan superposisi polarisasi pada arah-x dan arah-y
Jika beda fasa ε= 90º dan E0x = E0y, maka Ex / E0x = cos Θ danEy / E0y = sin Θ, sehingga diperoleh persamaan lingkaran/sirkular :
1sin cosE
E
E
E 22
2
0y
y
2
0x
x =Θ+Θ=
+
y)t-kzcos(E)tz,(E
xt)-kzcos(E)tz,(E
0yy
0xxrr
rr
εωω
+=
=
![Page 12: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/12.jpg)
B. POLARISASI SIRKULAR
![Page 13: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/13.jpg)
B. POLARISASI SIRKULAR
![Page 14: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/14.jpg)
B. POLARISASI SIRKULAR
![Page 15: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/15.jpg)
C. POLARISASI ELIPTIK
Merupakan gabungan dari polarisasi linier dan polarisasisirkular. Jadi nilai dan arah medan listrik berubah-ubah.
![Page 16: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/16.jpg)
Bagian II: Parameter Stokes danMatrik Mueller
• Parameter dan vektor Stokes
• Matrik Mueller
• Formulasi Jones
![Page 17: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/17.jpg)
� Tahun 1669: Bartholinus menemukan refraksi/pembiasanganda pada kalsit.
� Abad 17 – 19: Huygens, Malus, Brewster, Biot, Fresnel danArago, Nicol mengembangkan berbagai teori untukmembahas pembiasan ganda.
� Abad 19: percobaan untuk menggambarkan amplitudo daricahaya tak-terpolarisasi gagal.
� Tahun 1852: Sir George Gabriel Stokesmengambilpendekatan yang sangat berbedadan menemukan bahwapolarisasi dapat digambarkan dalam bentukyang dapatdiamati menggunakan suatudefisini eksperimen.
![Page 18: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/18.jpg)
(1). Parameter Stokes
Polarisasi eliptik hanya berlaku pada waktu sesaat (fungsidariwaktu) :
εsinεcos(t)E
(t)E
(t)E
(t)E2
(t)E
(t)E
(t)E
(t)E 2
0y
y
0x
x
2
0y
y
2
0x
x = −
+
Untuk memperoleh parameter Stokes, maka harus diintegralkan(perata-rataan seluruh waktu)
![Page 19: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/19.jpg)
( ) ( ) ( ) ( )20y0x
20y0x
220y
20x
220y
20x εsinEE2εcosEE2EEEE =−−−+
Sehingga didefinisikan parameter-parameter Stokes (4-parameter) :
εsinEE2V
εcosEE2U
E E Q
EEI
0y0x3
0y0x2
20y
20x1
20y
20x0
==
==
−==
+==
S
S
S
S
=
βφβφβ
2sin
2sin2cos
2cos2cos
V
U
Q
I
2
2
2
2
a
a
a
a
![Page 20: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/20.jpg)
Vektor-vektor StokesParameter-parameter Stokes dapat disusun kedalam vektorStokes :
( ) ( )( ) ( )
( ) ( )
−°−°
°−°=
−+
=
LCPIRCPI
135I45I
90I0I
intensitas
εsinEE2
εcosEE2
EE
EE
V
U
Q
I
0y0x
0y0x
20y
20x
20y
20x
• Polarisasi Liniar
• Polarisasi Sircular
• Terpolarisasi sempurna
• Terpolasasi sebagian
• Tak-terpolarisai 0VUQ
VUQI
VUQI
0V 0, U0,Q
0V 0, U0,Q
2222
2222
===++>++=
≠===≠≠
![Page 21: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/21.jpg)
Visulasisai parameter-parameter Stokes
Σ∆
![Page 22: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/22.jpg)
Vektor-vektor Stokes untukpolarisasi linier
LHP light
0
0
1
1
I0
LVP light +45º light -45º light
−
0
0
1
1
I0
0
1
0
1
I0
−0
1
0
1
I0
![Page 23: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/23.jpg)
Vektor-vektor Stokes untukpolarisasi sirkular
RCP light
1
0
0
1
I0
LCP light
−1
0
0
1
I0
![Page 24: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/24.jpg)
(2). Matrik Mueller
Jika cahaya digambarkan oleh vektor-vektor Stokes, makakomponen-komponen optik digambarkan dengan matrikMueller :
[Cahaya output ] = [matrik Muller] [cahaya input]
=
V
U
Q
I
V'
U'
Q'
I'
44434241
34333231
24232221
14131211
mmmm
mmmm
mmmm
mmmm
![Page 25: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/25.jpg)
Elemen 1 Elemen 2 Elemen 3
1M 2M 3M
I’ = M3 M2 M1 I
![Page 26: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/26.jpg)
Matrik Mueller M’ dari suatu komponen optik denganmatrik Mueller yang berputar sengan sudutα:
M’ = R(- α) M R(α)
−=
1000
02cos2sin0
02sin2cos0
0001
)R(αααα
α
![Page 27: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/27.jpg)
(3). Formulasi Jones
Vektor Stokes dan matrik Mueller matrices tidak dapatmenggambarkan efek interferensi. Jika informasi fasa sangatpengitng (radio-astronomy, masers...),maka harus digunakanformulasi Jones, dengan vektor kompleks dan matrik Jones:
• Polarisasi Cahaya: • Komponen Optik:
=
(t)E
(t)E(t)J
y
xr
rr
=
2221
1211
jj
jjJ
Namun formulasi Jones hanya berlaku untuk polarisasisempurna (100%)
![Page 28: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/28.jpg)
Matrik Jones dan Mueller untukberbagai polarisasi
![Page 29: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/29.jpg)
Komponen-komponen Optikuntuk Polarimetri
KomponenKomponen--komponenkomponen OptikOptikuntukuntuk PolarimetriPolarimetri
BagaimanaBagaimana membuatmembuatcahayacahaya terpolarisasiterpolarisasi ??
![Page 30: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/30.jpg)
Bagian III. Instrumen Optikuntuk Polarisator
1. Indeks bias
2.Polarisator
3.Retarder
![Page 31: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/31.jpg)
(1). Indeks Bias
Indeks bias merupakan besaran kompleks :
iknn̂ −=• Bilangan riil
• Refraksi, dispersi
• Birefringence: bergantung padapolarisasi
• Bagian imajiner
• Absorpsi, atenuasi, dispersi.
• Dikroisme
![Page 32: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/32.jpg)
(2). Polarisator
� Polarisator hanya menyerap satu komponenpolarisasi, yang lainnya diteruskan.
� Cahaya input adalah cahaya alami yang tidakterpolarisasi.
� Cahaya output adalah terpolarisasi (linier, sirkular, eliptik).
� Polarisasi terjadi karena efek dikroisme, birefringence, refleksi atau hamburan.
![Page 33: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/33.jpg)
(a). Polarisator Wire-grid dan Filter Polaroid
• Umumnya digunakan pada panjanggelombang inframerah (IR) dan mikrowave.
• Terdiri dari grid yang terbuat dari kawatkonduktor paralel, dengan jarak yang sebanding dengan panjang gelombangpengamatan.
• Vektor medan listrik paralel dengan kawatdiatenuasi, karena arus induksi pada kawat.
2.1. Dikroisme
![Page 34: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/35.jpg)
(b). Kristal Dikroik
Hanya menyerap satu polarisasi
![Page 36: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/36.jpg)
(c). Polaroid
� Terbuat dari lembaran PVA (poly vinyl alcohol) yang dipanaskan dan diregangkan untuk mendukunglapisan asetat selulosa yang diberi larutan iodin(polaroid tipe-H).
� Ditemukan pada tahun 1928.
![Page 37: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/37.jpg)
2.2. Kristal Birefringence
� Birefringence : indeks bias bergantung pada polarisasi (indeksbias ganda), yaitu ordinari dan ekstraordinari.
� Cahaya input dikonversi menjadi dua berkas terpolarisasi.
![Page 38: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/38.jpg)
• Kristal yang memiliki birefringence disebut kristal anisotropik.
• Model sederhana:
• Kristal anisotropik berarti elektron-elektron diikat dengan“pegas” yang berbeda, bergantung pada orientasi.
• “Konstanta pegas” yang berbeda memberikan kecepatanpropagasi yang berbeda, karena itu indeks biasnya berbeda. Akibatnya ada dua output.
Kristalisotropik
(NaCl)
Kristalanisotropik
(kalsit)
![Page 39: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/39.jpg)
• Kristal polarisatordigunakan sebagai :
• Beam displacers,• Beam splitters,• Polarizers,• Analyzers, ...
• Contoh : Nicol prism, Glan-Thomson polarizer, Glan or Glan-Foucault prism, Wollaston prism, Thin-film polarizer, ...
![Page 40: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/40.jpg)
2.3. Sudut Brewster
• Hanya satu polarisasi yang dipantulkan
• Digunakan untuk kalibrasipolarisator
Refracted beam creates dipoles in medium
Brewster angle:dipole field zeroperpendicular toreflection prop.
direction
![Page 41: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/41.jpg)
2.3. Sudut Brewster
Menggunakan kristal yang disusun lapisan-lapisan(multilayer).
Multilayer berfungsi untuk meningkatkan efekinterferensi.
![Page 42: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/42.jpg)
2.4. Polarisator Sirkular
Terbuat dari polarisator linier yang dilekatkan pada pelatλ/4 (quarter-wave plate) yang diorientasikan pada sudut 45ºsatu sama lain.
![Page 43: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/43.jpg)
2.5. Polarisator Molekul
• Molekul organik ID– molekul-molekul right and left handed.
– Contoh : molekul heliks
• Molekul biologi ID– Hampir selalu pure right or left, bukan campuran.
![Page 44: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/44.jpg)
2.6. Polarisator Medan Magnet
• Medan magnet menginduksi rotasi polarisasi.• Mengorientasi spin-spin elektron dalam medium• Momentum sudut elektron dan foton berinteraksi.• Polarisasi kanan (R) dan kiri (L) memiliki delay propagasiyang berbeda.
• Digunakan untuk magnetometer.
![Page 45: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/45.jpg)
2.7. Efek Kerr
• Merupakan efek elektro-optik.• Kecepatan propagasi yang searah medan listrik berubah• Searah medan listrik : modulator• Tegak lurus medan listrik : tidak ada• 45° terhadap medan listrik : waveplate variabel.
– Output polarisator merupakan intensitas modulator
![Page 46: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/46.jpg)
2.8. Efek Pockels
• Mirip dengan efek Kerr• Medan listrik diberikan searah dengan arah propagasi• Kristal yang tidak memiliki pusat simetri, ataupiezoelektrik
![Page 47: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/47.jpg)
2.9. Kristal Cair (Liquid Crystals)
• Medan listrik merubah orientasi rata-rata dari molekul.• Akibatnya delay bergantung pada arah polarisasi.• Digunakan sebagai modulator fasa atau waveplate variabel danmonitor notebook
![Page 48: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/48.jpg)
Apa kerugian jikamemakai polarisator ?ApaApa kerugiankerugian jikajika
memakaimemakai polarisatorpolarisator ??
![Page 49: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/49.jpg)
Matrik Mueller untuk Polarisator
Polarisator linier (ideal) untuk sudutχ:
0000
0χ2sinχ2cosχ2sinχ2sin
0χ2cosχ2sinχ2cosχ2cos
0χ2sinχ2cos1
2
12
2
![Page 50: 3 Propagasi Dan Polarisasi Cahaya](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012305/54e175434a7959846d8b5023/html5/thumbnails/50.jpg)
Linear (±Q) polarizer at 0º:
±±
0000
0000
0011
0011
5.0
Linear (±U) polarizer at 0º :
±
±
0000
0101
0000
0101
5.0
Circular (±V) polarizer at 0º :
±
±
1001
0000
0000
1001
5.0
Cahaya input: tak-terpolarisasi
Cahaya output : terpolarisasi
=
−
−
=
0
I-
0
I
5.0
0
0
0
I
0000
0101
0000
0101
5.0
V'
U'
Q'
I'
Intensitas total output: 0.5 I