Polarisasi Cahaya

BAB I

PENDAHULUAN

A.      Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari semua yang kita lihat adalah pantulan dari suatu cahaya. Dari pantulan tersebut kita dapat menikmati segala keindahan ciptaanNYA. Bisa dibayangkan bagaimana dunia ini tanpa cahaya, mungkin seperti malam hari tanpa sinar lampu pijar. Mungkin itulah kenapa Allah SWT menciptakan matahari sebagai sumber cahaya alami.

Pertanyaan yang muncul adalah apa yang dimaksud dengan cahaya? Bagaimana dan kenapa cahaya dapat dipantulkan? Ternyata cahaya adalah suatu gelombang tranversal, dan mungkin jawaban pertanyaan terakhir adalah menyangkut sifat dari cahaya itu sendiri, yaitu mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), intervensi, pelenturan (difraksi), dan polarisasi.

 Muncul pertanyaan lagi, apa bukti dari semua sifat cahaya tersebut? Buti dari sifat polarisasi misalnya, jika kita keluar pada siang hari kita akan merasa silau oleh terik matahari. Itu tidak akan terjadi jika kita memakai kacamata hitam karena gelombang dari sinar matahari tersebut akan terserap oleh kacamata hitam. Disini penulis akan mengkaji lebih jauh tentang salah satu sifat cahaya tersebut, yakni polarisasi.

B.       Rumusan Masalah

1.      Apa pengertian polarisasi cahaya?

2.      Bagaimana cahaya terpolarisasi?

3.      Kenapa cahaya dapat terpolarisasi?

C.      Tujuan Makalah

1.      Untuk mengetahui pengertian polarisasi cahaya.

2.      Untuk mengetahui bagaimana polarisasi cahaya.

3.      Untuk mengetahui sebab polarisasi cahaya.

BAB I

PEMBAHASAN

A.      Pengertian Polarisasi Cahaya

Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak. Cahaya adalah paket partikel yang disebut foton.

Kedua definisi di atas adalah sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna.

berikut ini beberapa teori tentang pengertian cahaya:

1.      Teori Korpuskuler (Newton)

Cahaya adalah korpuskel–korpuskel yang dipancarkan oleh sumber dan merambat lurus dengan kecepatan besar. Teori ini tidak dapat menerangkan peristiwa interferensi.

2.      Teori Gelombang Elektromagnetik (Maxwell)

Cahaya adalah gelombang elektromagnetik berasal dari medan listrik dan medan magnet,bergerak dengan kecepatan 3×108 m/s.

3.      Teori Undulasi (Christian Huygens)

Cahaya adalah gelombang yang berasal dari sumber yang bergetar, merambat dalam medium “eter”. Teori ini dapat menjelaskan peristiwa difraksi, interferensi dan polarisasi tetapi tidak dapatmenerangkan perambatan cahaya lurus.

Adapun sifat-sifat cahaya itu sendiri antara lain:

1.      Dapat merambat dalam ruang hampa (tidak perlu medium untuk merambat).

2.      Tidak bermuatan listrik.

3.      Merupakan gelombang transversal (arah getarnya tegak lurus dengan arah perambatannya).

4.      Arah perambatannya tidak dapat dibelokkan pada medan listrik maupun medan magnet.

5.      Memiliki sifat umum seperti mengalami polarisasi, pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), intervensi, dan pelenturan (difraksi).

Polarisasi atau pengkutuban adalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang. Polarisasi cahaya atau polarisasi optik adalah salah satu sifat cahaya yang bergerak secara oscillasi dan menuju arah tertentu. Karena cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, maka cahaya ini mempunyai medan listrik, E dan juga medan magnet, H yang keduanya saling beroscilasi dan saling tegak lurus satu sama lain, serta tegak lurus terhadap arah rambatan (lihat gambar).

Jenis polarisasi melingkar dari gelombang cahaya, dengan medan E (hijau) dan medan H (merah), dan arah rambatan ke atas.

Cahaya juga dikategorikan sebagai gelombang transversal; yang berarti bahwa cahaya merambat tegak lurus terhadap arah oscilasinya. Adapun syaratnya adalah bahwa gelombang tersebut mempunyai arah oscilasi tegak lurus terhadap bidang rambatannya. Gelombang bunyi, berbeda dengan gelombang cahaya, tidak dapat terpolarisasi sehingga dia bukan gelombang transversal.

Pada umumnya, gelombang cahaya mempunyai banyak arah getar.  Suatu gelombang yang mempunyai banyak arah getar disebut gelombang tak terpolarisasi, sedangkan gelombang yang memilki satu arah getar disebut gelombang terpolarisasi.

Terpolarisasi atau terkutub artinya memiliki satu arah getar tertentu saja, seperti pada gambar berikut :

Simbol Cahaya alami, yang bukan sinar terpolarisasi adalah gambar sebagai berikut:

Atau

Fenomena polarisasi cahaya ditemukan oleh Erasmus Bhartolinus pada tahun 1969. Dalam fenomena polarisasi cahaya, cahaya alami yang getarannya ke segala arah tetapi tegak lurus terhadap arah merambatnya (gelombang transversal) ketika melewati filter polarisasi, getaran horizontal diserap  sedang getaran vertikal diserap sebagian (lihat Gambar 1.25). Cahaya alami yang getarannya ke segala arah di sebut cahaya tak terpolarisasi, sedang cahaya yang melewati polaroid hanya memiliki getaran pada satu arah saja, yaitu arah vertikal, disebut cahaya terpolarisasi linear.

B.       Jenis Polarisasi Cahaya

Suatu cahaya dikatakan terpolarisasi apabila cahaya itu bergerak merambat ke arah tertentu. Arah polarisasi gelombang ini dicirikan oleh arah vektor bidang medan listrik gelombang tersebut serta arah vektor bidang medan magnetnya.

Beberapa macam / jenis polarisasi antara lain adalah polarisasi linear, polarisasi melingkar, polarisasi ellips. Gelombang dengan polarisasi melingkar dan polarisasi ellips dapat diuraikan menjadi 2 gelombang dengan polarisasi tegak lurus. Polarisasi linear terjadi ketika cahaya merambat hanya dengan satu arah yang tegak lurus terhadap arah rambatan atau bidang medan listriknya.

1.    Polarisasi Linier

Suatu gelombang dikatakan terpolarisasi linier apabila vektor medan elektrik (atau medan magnetik) pada suatu titik selalu diorientasikan sepanjang garis lurus yang sama pada setiap waktu sesaat. Kondisi yang memenuhi hal ini adalah apabila vektor medan (elektrik atau magnetik) memiliki:

a.    Hanya satu komponen, atau 

b.    Dua komponen orthogon allinear yang sefasa dalam waktu atau berbedafasa sebesar 180o (atau kelipatannya).Untuk mengetahui lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.5 tentang polarisasivertical dan polarisasi horizontal.

Gambar 2.5.

a) Polarisasi Linier Vertikal b) Polarisasi Linear Horisontal

Sumber : Punit, 2004 : 21

2.    Polarisasi Lingkaran

Suatu gelombang dikatakan terpolarisasi lingkaran apabila vektor medanelektrik (atau medan magnetik) pada suatu titik membentuk suatu lingkaransebagai fungsi waktu. Kondisi yang memenuhi hal ini adalah apabila vektor medan (elektrik atau magnetik) memiliki :

a.       Medan harus mempunyai dua komponen Orthogonal linear, dan 

b.      Kedua komponen harus mempunyai besaran yang sama, dan

c.       Kedua komponen harus mempunyai perbedaan fasa sebesar perkalian ganjil dari 90o dalam waktu.

Penentuan arah rotasi selalu ditentukan dengan merotasi komponen yang fasanya mendahului terhadap komponen yang tertinggal fasa dan mengamatirotasi medan seolah-olah gelombang tersebut terlihat bergerak menjauh dari pengamat. Jika rotasinya searah jarum jam, maka gelombang terpolarisasi sirkular sesuai kaidah tangan kanan; jika rotasinya berlawanan arah jarum jam, makagelombang terpolarisasi sirkular menurut kaidah tangan kiri. Rotasi komponenmendahului fasa terhadap komponen tertinggal fasa harus dilakukan sepanjang pemisahan sudut diantara dua komponen yang kurang dari 180o. Fasa yang lebih besar atau sama dengan 0o dan kurang dari 180o akan dianggap mendahului sedangkan yang lebih besar dari atau sama dengan 180o dan kurang dari 360o akan dianggap tertinggal. Untuk mengetahui lebih jelasnya bentuk dari polarisasi circular dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6.

a)      Right hand circular polarization. b)Left hand circularpolarization.

Sumber: : Punit, 2004 : 21

3.    Polarisasi Elips

Suatu gelombang dikatakan terpolarisasi elips apabila ujung vektor medanelektrik (atau medan magnetik) pada suatu titik membentuk kedudukan elipsdalam ruang. Pada variasi waktu sesaat, medan vektor berubah secara kontinyuseiring waktu dengan cara yang sama untuk menggambarkan tempat kedudukan elips. Arah rotasi ditentukan dengan menggunakan aturan yang sama sepeti halnya pada polarisasi sirkular. Sebagai tambahan untuk mengetahui arah rotasi,gelombang yang terpolarisasi elliptical juga dinyatakan dengan rasio aksial yang besarnya merupakan perbandingan sumbu mayor terhadap sumbu minornya. Kondisi yang memenuhi hal ini adalah apabila vektor medan (elektrik ataumagnetik) memiliki :

a.       Medan harus mempunyai dua komponen orthogonal linear, dan 

b.      Kedua komponen dapat memiliki besaran yang sama atau berbeda.

c.       (1) Jika keduanya memiliki besaran yang berbeda, beda fasa-waktudiantara keduanya tidak boleh 0o atau perkalian 180o (karena akan bersifatlinier).

(2) Jika kedua komponen memiliki besaran yang sama, beda fasa-waktudiantara keduanya tidak boleh kelipatan bilangan ganjil dari 90o (karenaakan bersifat circular).

Untuk mengetahui lebih jelasnya bentuk dari polarisasi ellips dapat dilihat pada Gambar 2.7.

 

Gambar 2.7.

a) Polarisasi Elips Berlawanan Arah Jarum Jam. b) Polarisasi Elips Searah Jarum Jam.

Sumber: : Punit, 2004 : 21

C.      Sebab-sebab Polarisasi Cahaya

Sinar alami seperti sinar Matahari pada umumnya adalah sinar yang tak terpolarisasi. Cahaya dapat mengalami polarisasi karena berbagai cara, antara lain karena peristiwa pemantulan, pembiasan, bias kembar, absorbsi selektif, dan hamburan.  

1. Polarisasi karena Pemantulan 

Cahaya yang datang ke cermin dengan sudut datang sebesar 57o, 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.

2. Polarisasi karena Pemantulan dan Pembiasan 

Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan para ilmuwan Fisika menunjukkan bahwa polarisasi karena pemantulan dan pembiasan dapat terjadi apabila cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan saling tegak lurus atau membentuk sudut 90o. 

Di mana cahaya yang dipantulkan merupakan cahaya yang terpolarisasi sempurna, sedangkan sinar bias merupakan sinar terpolarisasi sebagian.  Sudut datang sinar yang dapat menimbulkan cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan merupakan sinar yang terpolarisasi. 

Sudut datang seperti ini dinamakan sudut polarisasi (ip) atau sudut Brewster. Pada saat sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus (membentuk sudut 90o) akan berlaku ketentuan bahwa :
i' + r = 90o atau r = 90o - i

Dari hukum Snellius tentang pembiasan berlaku bahwa :

3. Polarisasi karena Bias Kembar (Pembiasan Ganda) 

Polarisasi karena bias kembar dapat terjadi apabila cahaya melewati suatu bahan yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari satu, misalnya pada kristal kalsit.  

Cahaya yang lurus disebut cahaya biasa, yang memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini tidak terpolarisasi. Sedangkan cahaya yang dibelokkan disebut cahaya istimewa karena tidak memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini adalah cahaya yang terpolarisasi.  

4. Polarisasi karena Absorbsi 

Selektif Polaroid adalah suatu bahan yang dapat menyerap arah bidang getar gelombang cahaya dan hanya melewatkan salah satu bidang getar. Seberkas sinar yang telah melewati polaroid hanya akan memiliki satu bidang getar saja sehingga sinar yang telah melewati polaroid adalah sinar yang terpolarisasi.  

Peristiwa polarisasi ini disebut polarisasi karena absorbsi selektif. Polaroid banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain untuk pelindung pada kacamata dari sinar matahari (kacamata sun glasses) dan polaroid untuk kamera.  

5. Polarisasi karena Hamburan 

Polarisasi cahaya karena peristiwa hamburan dapat terjadi pada peristiwa terhamburnya cahaya matahari oleh partikel-partikel debu di atmosfer yang menyelubungi Bumi. Cahaya matahari yang terhambur oleh partikel debu dapat terpolarisasi. Itulah sebabnya pada hari yang cerah langit kelihatan berwarna biru. Hal itu disebabkan oleh warna cahaya biru dihamburkan paling efektif dibandingkan dengan cahaya-cahaya warna yang lainnya.  

6. Pemutaran Bidang Polarisasi

Seberkas cahaya tak terpolarisasi melewati sebuah polarisator sehingga cahaya yang diteruskan terpolarisasi. Cahaya terpolarisasi melewati zat optik aktif, misalnya larutan gula pasir, maka arah polarisasinya dapat berputar. 

BAB III

KESIMPULAN

1.      Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm.

2.      Polarisasi adalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang.

3.      Polarisasi cahaya atau polarisasi optik adalah salah satu sifat cahaya yang bergerak secara oscillasi dan menuju arah tertentu.

4.      Suatu cahaya dikatakan terpolarisasi apabila cahaya itu bergerak merambat ke arah tertentu

5.      Beberapa macam / jenis polarisasi antara lain adalah polarisasi linear, polarisasi melingkar, dan polarisasi ellips.

6.      Cahaya dapat mengalami polarisasi karena berbagai cara, antara lain karena peristiwa pemantulan, pembiasan, bias kembar, absorbsi selektif, dan hamburan.