A. Teori-teori tentang cahaya dan sejarah perkembangannya Teori teori tentang cahaya

Cahaya merupakan salah satu hal yang sangat penting bagi kehidupan di Bumi ini, tanpa cahaya kita tidak akan pernah bisa melihat pemandangan yang indah, wajah yang tampan atau cantik dan lain sebagainya karena dengan cahaya lah kita bisa melihat dan bisa beraktivitas dari pagi hari hingga malam hari.1.Abu Ali Hasan bin Al-HaithamAbu Ali Hasan bin Al-Haitham, seorang ilmuwan yang hidup pada kurun 965-1040 Masehi mengembangkan teori yang menjelaskan penglihatan manusia dengan menggunakan teknik geometri dan anatomi. teori yang dirumuskan pada abad ke-10 itu menyatakan bahwa setiap titik pada daerah yang tersinari cahaya mengeluarkan sinar cahaya ke segala arah. namun, hanya satu sinar ari setiap titik yang masuk ke mata secara tegak lurus yang dapat dilihat. Cahaya lain yang tidak secara tegak lurus mengenai mata tidak dapat melihat.Ilmuwan yang memiliki panggilan Alhazen ini menggunakan kamera lubang jarum sebagai contoh pembuktian teorinya. Dari percobaannnya, ternyata kamera itu menampilkan sebuah citra/gambar terbalik sehingga dia menyimpulkan bahwa sinar cahaya adalah kumpulan partikel kecil yang bergerak pada kecepatan tertentu.2.Isaac NewtonKesimpulan Alhazen bahwa cahaya adalah kumpulan partikel diteruskan oleh Isaac Newton. Isaac Newton menyatakan dalam Hypothesis of Light pada 1675 bahwa cahaya terdiri dari partikel halus (corpuscles) yang memancar ke semua arah dari sumbernya. Teori ini dapat digunakan untuk menerangkan pantulan cahaya, tetapi hanya dapat menerangkan pembiasan dengan menganggap cahaya menjadi lebih cepat ketika memasuki medium yang padat tumpat karena daya tarik gravitasi lebih kuat .3.Christian HuygensKesepakatan bahwa cahaya pada hakikatnya adalah sekumpulan partikel terbantahkan saat Christian Huygens mengeluarkan hipotesisnya bahwa cahaya merupakan seberkas gelombang. Teori Huygens ini disebut sebagai teori Teori Gelombang yang berkembang pada abad ke-17.Christian Huygens menyatakan cahaya dipancarkan ke semua arah sebagai gelombang. teori ini didukung oleh fakta bahwa cahaya dapat berdifraksi (melentur) dan berinterferensi (bercampur) dengan gelombang suara seperti gelombang suara. Sayangnya, teori ini terbantahkan dengan kenyataan bahawa sebuah gelombang memerlukan medium/perantara untuk merambat.4.Michael faradayPada tahun 1845 muncul Teori Elektromagnetik yang ditemukan Oleh Michael faraday yang menyatakan bahwa sudut polarisasi (kutub) dari cahaya dapat diubah dengan medan magnet. Ini adalah bukti pertama kalau cahaya berhubungan dengan elektomagnetisme sehingga Faraday mengusulkan bahwa cahaya adalah getaran elktromagnetik berfrekuensi tinggi yang dapat bertahan walaupun tidak ada medium5.MaxwellMaxwell (1831-1874) pada abad 19 menguatkan teori Faraday. Ia menyatakan bahwa cahaya dibangkitkan oleg gejala kelistrikan dan kemagnetan sehingga tergolong gelombang elektromagnetik. Sesuatu yang berbeda dengan gelombang bunyi tergolong gelombang mekanik. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dengan atau tanpa medium. Kecepatan rambatnya pun amat tinggi bila dibandingkan dengan gelombang bunyi. Gelombang elektromagnetik merambat dengan kecepatan 3000.000 km/detik6.Max PlanckSetelah teori partikel, gelombang dan gelombang elektromagnetis menemui jalan buntu, munculah teori kuantum yang digembar-gemborkan oleh Max Planck. Teori ini di mulai pada abad ke-19 dinyatakan pada tahun 1900 bahwa sinar cahaya adalah terdiri dari paket (kuantum) tenaga yang dikenal sebagai photon. Penghargaan Nobel menghadiahkan Planck anugerah fisika pada 1918 untuk kerja-kerjanya dalam penemuan teori kuantum, walaupun dia bukan orang yang pertama memperkenalkan prinsip asas partikel cahaya.7.Albert EinsteinAdalah Albert Einstein yang kemudian menyempurnakan seluruh hipotesis tentang cahaya dalam teorinya yang dikenal dengan teori Dualitas partikel-gelombang. Teori ini menggabungkan tiga teori sebelumnya dan menyatakan bahwa cahaya adalah partikel dan gelombang. Ini adalah teori modern yang menjelaskan sifat-sifat cahaya, dan bahkan sifat-sifat partikel secara umum. Teori ini pertama kali dijelaskan oleh Albert Einstein pada awal abad 20, berdasarkan dari karya tulisnya tentang efek fotolistrik, dan hasil penelitian Planck. Einstein menunjukkan bahwa energi sebuah foton sebanding dengan frekuensinya.

Sejerah perkembanagn cahaya

Perkembangan Teori Cahaya Gejala pemantulan cahaya oleh sebuah permukaan halus sudah diketahui sejak jaman Plato, sebelum abad Masehi. Pada awal abad ke-10 , seorang ahli matematika mesir Al Hazen dapat menunjukkan tingkah laku cahaya ketika cahaya merambat dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat. Ia telah mengetahui hubungan yang sangat erat antara sudut sinar datang dengan sudut sinar bias. Namaun saat itu, dia belum dapat menemukan hukum yang menghubungkan antara sudut sinar datang dengan sudut sinar bias. Hukum tersebut baru dapat ditunjukkan enam ratus tahun kemudian, yang dikenal dengan nama Hukum Snell tentang pembiasan cahayaTeori PartikelMenurut Newton, cahaya terdiri dari patikel-partikel yang sangat kecildan ringan yang memancar dari sebuah sumber ke segala arah. Adapun beberapa hal penting terkait dengan cahaya yang terlahir dari teori ini antara lain:

1. Teori partikel dapat menjelaskan bahwa perambatan cahaya berupa garis lurus. Teori ini berdasarkan anggapan bahwa jika sebuah bola dilemparkan dalam ruang hampa, maka lintasannya akan berbentuk garis lurus. Lintasan bola akan melengkung karena pengaruh medan gravitasi bumi. Namun jika massa bola sangat kecil dan kecepetannya sangat tinggi, bentuk lintasan bola akan mendekati garis lurus. Para penganut teori ini menentang teori gelombang dengan alasan bahwa gelombang tidak dapat merambat lurus2. Adanya pemantulan cahaya. Ketika cahaya mengenai sebuah permukaan halus, seperti cermin, cahaya akan dipantulkan dengan sudut pantul yang sama dengan sudut datangnya. Dengan menggunakan teori partikel, peristiwa pemantulan dapat dijelaskan dengan analogi sebuah bola dilemparkan ke atas sebuah bidang pemantul, bola akan dipantulkan. Begitu pula halnya dengan pemantulan cahaya.3. Alasan ketiga adalah adanya penomena pembiasan cahaya. Untuk menjelaskan pembiasan cahaya, Newton menggunakan sebuah bola yang menggelinding di permukaan bidang miringTeori GelombangMenurut Christian Huygens, cahaya pada dasarnya sama dengan gelombang bunyi. Perbedaanya hanya terletak pada frekuensi dan panjang gelombang. Huygens dianggap sebagai penemu teori gelombang cahaya. Konsep dasar yang dikemukakannyasangat bermanfaat untuk meramalkan gejala-gejala yang dihasilkan cahaya. Untkmemehami konsep teori gelombang, tinjaulah gelombang permukaan air seperti ilustrasi berikutJika setetes air jatuh di air yang tenang, maka tetesan air tersebut akan menimbulkan gelombang permukaan air yang berbentuk lingkaran-lingkaran. Gelombang tersebut akan merambat di titik tempat tetesan air tersebut jatuh. Lingkaran-lingkaran yang disebut sebagai muka gelombang pada permukaan air terus merambat. Gejala ini menunjukkan bahwa titik-titik pada muka gelombang merupakan sumber gelombang, sehingga gelombang permukaan air dapat bertahan cukup lama.Teori Huygens ini dapat menjelaskan peristiwa pemantulan dan pembiasan cahaya dengan sangat memuaskan, sehingga mendapat dukungan yang sangat luas. Teori inipun dapat menjelaskan dengan sangat memuaskan peristiwa interferensi dan difraksi cahaya. Pada pembehasan tentang pembiasan, teori gelombang dapat menunjukkan bahwa kecepatan cahaya di dalammedium lebih rapat adalah lebih kecil daripada kecepatan cahaya dalam medium kurang rapat. Namun pendukung teori gelombang mendapat kesulitan dalam menjelaskan peristiwa perambatan cahaya yang berupa garis lurus. Kelemahan inilah yang menyebabkan Newton tidak setuju dengan teori gelombang cahaya.

Teori ElektromagnetikMenurut seorang ahli fisika berkebangsaan Skotlandia James Clerk Maxwell, nilai cepat rambat cahaya sama dengan cepat rambat gelombang elektromagnetik, yaitu 3 x 108 m/s. Oleh karena itu dia berkesimpulan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Teori yang dikemukakan maxwell ini mendapat dukungan dari hasil percobaan yang dilakukan oleh Heinrich Rudolf Hertz, seorang ilmuan berkebangsaan jerman.Dia membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal. Hal tersebut sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat mengalami polarisasi.Teori KuantumPada awal abad ke 20, para ahli fisika mulai memikirkan kemungkinan bahwa cahaya memiliki sifat seperti partikel. Dengan kemampuan teoritis, disertai dengan berbagai percomaan yang mendukung, Max Planck seorang fisikawan jerman mendapatkan kesimpulan bahwa cahaya dapat berprilaku sebagai partikel yang disebut dengan foton. Teori Max Planck ini dinamakan teori kuantum cahaya. Penemuan ini selanjutnya dimanfaatkan oleh Einstein untuk menerangkan efek fotolistrik, yaitu suatu peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam akibat efek penyinaran.Dari keempat teori tentang cahaya tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa cahaya memiliki dua sifat, yaitu dapat berprilaku sebagai gelombang, karena dia dapat menjelaskan terjadinya peristiwa-peristiwa seperti pemantulan, pembiasan, dll dan dapat juga berprilaku sebagai partikel karena mampu menjelaskan terjadinya efek fotolistrik.

B. Sifat-sifat cahayaC. Polarisasi cahaya Pengertian Polarisasi Cahaya

Polarisasi adalah peristiwa perubahan arah getar gelombang cahaya yang acak menjadi satu arah getar. Terpolarisasi atau terkutub artinya memiliki satu arah getar tertentu saja. Gelombang yang dapat mengalami polarisasi hanyalah gelombang tranversal yang mempunyai arah getaran tegak lurus dengan arah perambatannya. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik, sehingga cahaya ini mempunyai medan listrik, E dan juga merupakan medan magnet, H yang keduanya saling beroscilasi dan saling tegak lurus satu sama lain, serta tegak lurus terhadap arah rambatan. Karena sifat-sifat cahaya tersebut, maka cahaya dapat mengalami polarisasi. 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. Cahaya sebagai gelombang elektromagnetik diterangkan oleh Teori maxwell. Dalam teorinya, Maxwell meramalkan bahwa peristiwa polarisasi cahaya menghasilkan arah getar yang diambil sebagai vektor medan listrik.

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. Gejala polarisasi dapat digambarkan dengan gelombang yang terjadi pada tali yang dilewatkan pada celah. Apabila tali digetarkan searah dengan celah maka gelombang pada tali dapat melewati celah tersebut. Sebaliknya jika tali digetarkan dengan arah tegak lurus celah maka gelombang pada tali tidak bisa melewati celah tersebut (Tjia, 1993).

Jenis- jenis Polarisasi

a. Polarisasi LinierMenurut Maxwell cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang merambat secara transversal yaitu gerak / getaran medium adalah tegak lurus terhadap arah rambatan. Bila gerak medium yang tegak lurus arah rambatan tersebut hanya dalam arah suatu garis tertentu disebut gelombang terpolarisasi linier atau terpolarisasi bidang.Pada polarisasi linier, hanya nilai medan listrik E yang berosilasi sedangkan arahnya tetap. Gelombang ini terbagi menjadi dua bagian yaitu terpolarisasi vertikal dan horizontal. Terpolarisasi vertikal apabila medan E bergerak periodik arah-z, pada suatu bidang vertikal tertentu. Gelombang terpolarisasi horizontal apabila medan E bergerak periodik arah-x pada suatu bidang horizontal tertentu.Bila cahaya terpolarisasi linear jatuh pada bahan optis aktif , maka cahaya yang keluar akan tetap terpolarisasi linear dengan arah getar terputar terhadap arah getar semula. Yang dimaksud dengan sifat optis aktif adalah memutar bidang polarisasi dari gelombang elektromagnetik yang melewatinya (Alonso, 1992).

b. Polarisasi sirkularGelombang terpolarisasi lingkaran adalah suatu keadaan spesifik dari gelombang terpolarisasi ellips, yaitu ketika amplitudo E0x = E0y dan selisih fase = 90 derajat. Pada polarisasi sirkular, nilai medan listrik tetap sedangkan arahnya yang berubah. Polarisasi sikular tidak ditandai dengan arah getaran tetapi rotasi. Pergerakan kekiri atau kekanan diidentifikasi berdasarkan arah jarum jam (berlawanan atau searah jarum jam).

c. Polarisasi EliptikPolarisasi elitik merupakan gabungan dari polarisasi linier dan polarisasi sirkular sehingga nilai dan arah medan listrik berubah-ubah. Dengan kata lain, polarisasi ini merupakan gabungan dua gerak getaran yaitu berupa lingkaran dan garis lurus membentuk elips. Polarisasi eliptik merupakan jenis polarisasi yang umum ditemui. Cahaya terpolarisasi didapatkan dengan cara sebagai berikut:a. Polarisasi karena pemantulan

B. Polarisasi karena Pemantulan dan PembiasanJika cahaya yang dipantulkan oleh kaca jendela, atau oleh permukaan air yang tenang diamati dengan keping analisator, maka akan didapatkan bahwa pada sudut datang 56 untuk kaca, atau 53 untuk air, cahaya yang dipantulkan adalah terpolarisasi linier. Cahaya terpantul tersebut terpolarisasi linier, dengan arah medan listrik sejajar dengan permukaan pemantul.Cahaya terpolarisasi di atas disebabkan karena pemantulan dan pembiasan. Jika seberkas cahaya datang pada bidang batas antara dua medium yang berbeda, maka sebagian cahaya yang terpantul akan terpolarisasi sempurna jika sudut datang tertentu mengakibatkan sinar pantul dengan sinar bias tegal lurus (90). Sudut datang seperti ini disebut sudut polarisasi.Perhatikalah Gambar 2.30 berikut ini!r

Gambar 2.30. Polarisasi karena Pembiasan dan PemantulanPada gambar 2.30 tampak seberkas cahaya datang dari medium dengan indeks bias menuju medium dengan indeks bias . Berkas cahaya tersebut sebagian dibiaskan dan sebagian dipantulkan. Sesuai dengan hukum pemantulan, sudut pantul sama dengan sudut datang, yaitu Karena sinar pantul tegak lurus sinar bias, maka berlaku : atau Dengan menggunakan hukum pembiasan Snellius, maka didapatkan

Persamaan (2.60) dikenal dengan sebutan hukum Brewster. Sudut polarisasi () disebut juga sudut Brewster.Terjadinya sinar pantul yang terpolarisasi linier pada sudut Brewster dapat dijelaskan sebagai berikut : Berkas cahaya datang menyebabkan elektron-elektron pada atom-atom suatu medium menjadi bergetar. Berkas cahaya pantul disebabkan karena adanya reradiasi gelombang elektromagnetik oleh getaran elektron-elektron tersebut. Jika sinar pantul yang terjadi tegak lurus terhadap sinar bias, hanya getaran elektron yang sejajar terhadap bidang batas saja yang menyumbang adanya sinar pantul. Maka dari itu, sinar pantul tidak mempunyai komponen vektor medan listrik yang sejajar bidang gambar.Prinsip polarisasi dengan pemantulan dan pembiasan dimanfaatkan pada kacamata pelindung dari sinar matahari (sunglasses) dan filter pada kamera. Cahaya matahari yang dipantulkan oleh air, kaca, dan salju, dengan sudut datang sebarang, cahaya pantul ini terpolarisasi sebagian. Jika permukaan (bidang) pantul horisontal maka vektor medan listrik cahaya pantul akan memiliki komponen horisontal dengan intensitas kuat. Hal ini dapat merusak mata. Kacamata pelindung sinar matahari (sunglasses) dibuat dari bahan polaroid. Bahan ini akan mengurangi intensitas sinar pantul terpolarisasi sebagian yang datang ke mata sehingga dapat melindungi mata. Sumbu-sumbu polarisasi lensa polaroid pada kacamata tersebut dipasang dengan arah vertikal sehingga komponen horisontal cahaya pantul dengan intensitas kuat akan diserap. Hal ini dapat digambarkan seperti Gambar 2.31 berikut ini.Lensa kacamata

Gambar 2.31. Sumbu mudah dari lensa polaroid dipasang vertikal untuk mengurangi intensitas sinar pantul terpolarisasi.

Polarisasi juga dapat terjadi dari peristiwa pantulan. Ketika cahaya datang pada permukaan non logam pada sembarang sudut (asal tidak tegak lurus), berkas pantulan terpolarisasi telah terpolarisasi lebih dahulu pada bidang yang sejajar permukaan. Ini berarti komponen yang tegak lurus bidang permukaan telah diserap atau ditransmisikan. Sudut polarisasi pada berkas pantulan bergantung pada sudut datang cahaya. Dalam hal ini, berlaku hukum brewster yang menjelaskan bahwa polarisasi karena pemantulan ini terjadi jika sudut pantul dan sudut refraksi membentuk sudut 90 derajat.Saat sinar pantul tegak sinar bias, cahaya pantul akan terpolarisasi secara keseluruhan, dengan arah polarisasi tegak lurus bidang datang.

b. Polarisasi karena hamburan

D. Polarisasi karena HamburanPada hari yang cerah, anda dapat melihat langit biru yang begitu indah. Bila memandang peristiwa tersebut dengan sebuah polarisasi, maka dapat ditunjukkan bahwa cahaya yang datang dari langit ini terpolarisasi dengan kuat. Dengan memutar polaroid ini pada sumbu yang terletak horisontal , maka suatu saat didapatkan suatu keadaan gelap yang menunjukkan bahwa cahaya datang dari langit ini terpolarisasi dengan kuat. Jika diukur sudut antara garis yang menghubungkan pengamat dengan matahari, dan garis yang menghubungkan pengamat dengan bagian langit yang tampak gelap, akan didapatkan bahwa sudut ini kira-kira sebesar 90 (gambar 2.37)

Gelombang yang berhamburanElektron yang berosilasiGelombang tak terpolarisasi masuk

Gambar 2.37 Cahaya dipolarisasikan sebagian (c dan d) atau selanjutnya (b) oleh hamburan dari sebuah molekul dari sebuah gas di aKeterangan terjadinya polarisasi pada cahaya langit biru adalah sebagai berikut. Jika cahaya datang pada molekul-molekul udara, maka elektron-elektron dalam molekul dapat menyerap dan memancarkan kembali sebagian cahaya. Penyerapan dan pemancaran kembali cahaya oleh molekul-molekul inilah yang disebut hamburan.Sebuah gelombang cahaya yang jatuh pada sebuah benda padat yang tembus cahaya, akan menyababkan elektron-elektron di dalam benda padat tersebut berosilasi secara periodik, karena pengaruh vektor listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dargelombang yang datang tersebut. Gelombang yang berjalan melalui medium tersebut adalah resultan gelombang masuk dan resultan radiasi yang berasal dari elektron-elektron yang berosilasi. Gelombang resultan mempunyai intensitas maksimum pada arah sinar masuk, yang nilainya turun secara cepat pada masing-masing sisi benda. Kurangnya hamburab beraksi kooperatif dan koheren.Bila cahaya melalui suatu gas, maka akan diperoleh lebih banyak hamburan yang menyamping. Hal ini terhadi karena elektron-elektron yang berosilasi terpisah satu sama lain dengan jarak yang relatif besar dan tidak terikat bersama di dalam suatu struktur tegar , maka osilasi elektron-elektron ini akan beraksi secara bebas dan tidak secara kooperatif. Cahaya yang dihamburkan kesamping dari suatu gas dapat dipolarisasi seluruhnya atau sebagian, walaupun cahaya yang masuk tidak terpolarisasi.Gambar 2.37 memperlihatkan sebuah cahaya yang tak terpolarisasi yang bergerak keatas dan menumbuk sebuah atom gas di a. Elektron-elektron di a akan berosilasi karena ada komponen listrik dari gelombang yang masuk. Gerakan elektron-elektron ekivalen dengan dua dipol yang berosilasi yang sumbu-sumbunya dinyatakan dengan tanda panah dan titik di a. Sebuah dipol yang beradiasi sepanjang garis aksinya sendiri. Jadi seorang pengamat di b tidak akan menerima radiasi dari dipol yang dinyatakan oleh panah di a. Radiasi yang sampai ke padanya seluruhnya akan datang dari dipol yang dinyatakan oleh titik di a. Jadi radiasi ini akan terpolarisasi bidang dengan bidang getarnya melalui garis ab dan tegak lurus bidang gambar. Pengamat di c dan akan mendeteksi cahaya yang terpolarisasi sebagian, karena dipol yang dinyatakan oleh panah di a akan beradiasi sebagian di dalam arah-arah ini. Para pengamat yang memandang cahaya yang ditransmisikan dan cahaya yang akan menghasilkan radiasi yang sama dalam arah-arah ini. Polarisasi karena hamburan disebut juga Rayleigh scattering. Berkas cahaya yang melewati gas akan mengalami polarisasi sebagian karena partikel-partikel gas dapat menyerap dan memancarkan kembali cahaya yang mengenainya. Penyerapan dan pemancaran cahaya oleh partikel-partikel gas disebut hamburan. Gelombang yang tidak terpolarisasi dapat terpolarisasi ketika berhamburan di udara. hal ini terjadi karena gelombang EM menyebabkan elektron dalam udara bergetar dan memproduksi radiasi sehingga menyebabkan adanya polarisasi cahaya

c. Polarisasi absorbsi selektif

A.Polarisasi oleh Penyerapan SelektifCahaya terpolarisasi dapat dihasilkan dengan mmelewatkan berkas cahaya tak-terpolarisasi melalui suatu bahan polaroid. Bahan polaroid sering digunakan untuk kaca mata pelindung sinar matahari (sun-glasses) dan pada filter polarisasi lensa kamera. Bahan polaroid mempunyai sumbu polarisasi . Sumbu polarisasi sari suatu bahan polaroid disebut sumbu mudah. Untuk selanjutnya, kita gunakan istilah sumbu mudah untuk menyatakan sumbu polarisasi. Suatu polaroid ideal akan meneruskan semua komponen vektor medan listrik yang sejajar terhadap sumbu mudah dan menyerap semua komponen vektor medan listrik yang tegak lurus terhadap sumbu mudah. Sifat seperti ini disebut sifat dikroik.

Cahaya tak terpolarisasi PolaroidCahaya terpolarisasiGambar 2.26. Absorbsi selektif oleh bahan polaroidGambar 2.26 memperlihatkan cahaya tak-terpolarisasi yang dilewatkan pada sebuah keping polaroid dengan sumbu mudah yang berarah vertikal. Keping polaroid tersebut meloloskan komponen vektor medan listrik yang bergetarsejajar dengan arah ini, dan menyerap komponen vektor medan listrik yang tegak lurus terhadap arah ini. Dengan demikian, intensitas berkas cahaya yang diloloskan oleh keping polaroid adalah sebesar setengah dari intensitas mula-mula. Cahaya yang keluar dari polaroid merupakan cahaya terpolarisasi.Jika melihat kertas putih dengan suatu polaroid, misalnya dengan kacamata polaroid, maka kertas akan tampak agak kelabu. Hal ini disebabkan kkarena separuh dari intensitas cahaya tak terpolarisasi yang datang dari kertas diserap oleh polaroid.Dengan menggunakan dua buah polaroid, dapat dilakukan percobaan berikut. Dua buah polaroid digunakan untuk melihat cahaya dari lampu pijar. Kedua polaroid diletakkan berjajar satu dengan yang lain. Denga memutar salah satu polaroid, akan didapatkan bahwa pada suatu posisi tertentu cahaya lampu tampak gelap. Keadaan ini terjadi jika sumbu mudah kedua polaroid ini tegak lurus satu sama lain. Dikatakan bahwa kedua sumbu mudah polaroid ini saling bersilang. Jika sumbu mudah kedua polaroid saling sejajar, hampir seluruh cahaya yang datang dari polaroid pertama diteruskan oleh polaroid kedua.Cahaya datang

E

PolarisatorAnalisatorFotosel

Gambar 2.27. Desain percobaan untuk menganalisis cahaya terpolarisasiGambar 2.27 memperlihatkan dua buah keping polaroid. Keping polaroid pertama berfungsi untuk membuat agar cahaya terpolarisasi linier, sehingga disebut polarosator. Keping polarisator kedua berfungsi untuk menganalisis arah atau macam polarisasi yang dihasilkan oleh polaroid pertama, sehingga disebut analisator.Adapun penjelasan dari percobaan tersebut adalah sebagai berikut. Seberkas cahaya alami dilewatkan melalui polisator. Oleh polisator, cahaya dipolarisasikan dalam arah vertikal yaitu hanya komponen vektor medan listrik yang sejajar dengan sumbu mudah polarisator saja yang dilewatkan. Cahaya terpolarisasi kemudian dilewatkan melalui analisator. Antara sumbu mudah polarisator dengan sumbu mudah analisator membentuk sudut sebesar . Oleh analisator, semua komponen vektor medan listrik yang tegak lurus sumbu mudah analisator diserap, hanya komponen vektor medan listrik yang sejajar sumbu mudah analisator yang diteruskan. Seperti yang telah kita ketahui, cahaya alami dengan berbagai arah getar vektor medan listrik dapat diwakili oleh resultan dari dua komponen vektor medan listrik yang saling tegak lurus. Karena komponen vektor medan listrik yang tegak lurus sumbu mudah analisator diserap, hanya komponen vektor medan listrik yang tegak lurus sumbu mudah analisator diserap, hanya komponen vektor medan listrik yang sejajar sumbu mudah analisator yang diteruskan, maka intensitas yang diteruskan oleh polarisator adalah setengah dari intensitas cahaya mula-mula. Jika intensitas cahaya mula-mula(cahaya alami tak-terpolarisasi) adalah , maka intensitas cahaya terpolarisasi linier (pada arah sumbu y) yang diteruskan oleh polarisator akan memiliki intensitas yaitu sebesarrCahaya dengan intensitas ini kemudian dilewatkan pada analisator. Intensitas berkas cahaya yang keluar dari analisator () bergantung pada komponen vektor medan listrik yang datang menuju analisator. Hanya komponen vektor medan listrik yang sejajar dengan sumbu mudah analisator saja yang diteruskan, sementara arah yang lainnya diserap.Adapun persamaan untuk mementukan besarnya intensitas cahaya yang keluar dari analisator dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut.

Sumbu mudah polarisatorSumbu mudah Analisator

Gambar 2.28. jika analisator membuat sudut terhadap polarisator, maka medan listrik yang dapat melewati analisator adalah proyeksi vektor E terhadap sumbu mudah analisatorGambar 2.28 memperlihatkan sumbu mudah dari polarisator yang berarah vertikal dan sumbu mudah dari analisator yang membentuk sudut sebesar terhadap sumbu mudah polarisator. Jika kuat medan listrik yang datang pada analisator sebesar , maka komponen vektor medan listrik yang sejajar dengan sumbu mudah analisator tersebut sebesar :

Dengan komponen vektor medan listrik yang sejajar sumbu mudah analisatorkomponen kuat medan listrik yang diletakkan pada analisatorKarena intensitas gelombang cahaya sebanding dengan kuadrat kuat medan listriknya (I ) maka intensitas berkas cahaya terpolarisasi yang keluar dari analisator adalah sebesar : atau Persamaan (2.59) disebut Hukum Malus, yang diketemukan oleh Louis Malus (1775-1812) pada tahun 1809.

Polarisasi karena absorbsi selektif dapat terjadi dengan bantuan kristal polaroid. Bahan polaroid bersifat meneruskan cahaya dengan sifat tertentu dan menyerap cahaya dengan arah yang lain. Cahaya yang diteruskan adalah cahaya yang arah getarnya sejajar dengan sumbu polarisasi polaroid. Arah dimana komponen medan listrik diteruskan disebut sumbu transmisi, maka yang tegak lurus sumbu transmisi akan diserap. Seberkas sinar yang telah melewati polaroid hanya akan memiliki satu bidang getar saja sehingga sinar yang telah melewati polaroid adalah sinar yang terpolarisasi.Suatu cahaya tak terpolarisasi datang pada lembar polaroid pertama disebut polarisator, dengan sumbu polarisasi ditunjukkan oleh garis-garis pada polarisator. Polarisator akan menyebabkan sinar yang tak terpolarisasi menjadi sinar yang terpolarisasi. Kemudian dilewatkan pada polaroid kedua yang disebut analisator. analisator akan menganalisis sinar tersebut merupakan sinar terpolarisasi atau tidak. Maka intensitas sinar yang diteruskan oleh analisator I, dapat dinyatakan sebagai :

Dengan I0 adalah intensitas gelombang dari polarisator yang datang pada analisator. Sudut teta adalah sudut antara arah sumbu polarisasi dan polarisator dan analisator. Persamaan diatas dikenal dengan Hukum Malus, diketemukan oleh Etienne Louis Malus pada tahun 1809. Dari persamaan hukum Malus ini dapat disimpulkan :a. Intensitas cahaya yang diteruskan maksimum jika kedua sumbu polarisasi sejajar (teta = 0 derajat atau teta= 180 derajat).b. Intensitas cahaya yang diteruskan = 0 (nol) (diserap seluruhnya oleh analisator) jika kedua sumbu polarisasi tegak lurus satu sama lain.

d. Polarisasi karena Pembiasan rangkapPolarisasi karena bias kembar dapat terjadi apabila cahaya melewati suatu bahan yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari satu. Bahan yang dimaksud adalah kristal. Sebagian kristal bersifat non-isotrop, artinya kecepatan cahaya tidak sama ke semua arah, dan disebut pembiasan rangkap ( kembar ). Keterangan:Sinar (1) : Sinar istimewaSinar (2) : Sinar biasa

Cahaya masuk pada bahan tersebut, dapat terpecah menjadi dua berkas, yaitu sinar biasa dan sinar luar biasa. Berkas ini terpolarisasi dalam arah saling tegak lurus dan merambat dengan kecepatan yang berbeda, yang bearti iiindeks biasnya juga berbeda. Ada arah tertentu dimana kedua sinar merambat dengan kecepatan yang sama, arah ini disebut sumbu optik. Pembiasan berganda ini terjadi pada kristal: Calcite Kwarsa Mika Kristal gula Kristal es.

Polarisasi karena Pembiasan RangkapCahaya yang dilewatkan melalui kaca memiliki kelajuan yang sama ke segala arah. Hal ini disebabkan karena kaca memiliki satu nilai indeks bias. Jika kita melihat suatu benda melalui kaca, maka kita akan melihat bayangan tunggal dari benda tersebut. Namun, di dalam bahan kristal tertentu seperti kalsit, kelajuan cahaya tidak sama untuk segala arah. Hal ini disebabkan karena bahan-bahan tersebut memiliki dua nilai indeks bias. Jika kita melihat suatu benda melalui kristal tersebut, benda akan terlihat rangkap, jadi mempunyai dua bayangan.

Gambar 2.32. Polarisasi karena pembiasan RangkapGambar 2.32 memperlihatkan sebuah berkas cahaya tak-terpolarisasi dilewatkan melalui kristal kalsit dalam arah tegak lurus terhadap permukaan kristal. Berdasarkan pengamatan, dijumpai pada layar dua berkas cahaya yang terpisah. Peristiwa tersebut terjadi karena berkas cahaya tak-terpolarisasi mengalami pembiasan rangkap. Jika kedua sinar yang muncul dianalisa dengan sebuah polaroid, didapatkan bahwa kedua sinar tersebut terpolarisasi linier. Arah getar vektor medan listrik kedua sinar tersebut saling tegak lurus. Jika dilakukan pengukuran besarnya sudut bias di dalam kalsit terhadap beberapa variasi sudut datang, maka salah satu sinar akan sesuai dengan hukum Snellius. Sinar ini disebut sinar biasa atau ordinary (sinar o). Sinar kedua yang seolah tidak sesuai dengan hukum Snellius disebut sinar luar biasa atau extraordinary (sinar e). Peristiwa ini dapat terjadi karena sinar o dan sinar e mempunyai laju cahaya yang berbeda di dalam kristal. Bentuk muka gelombang pada kalsit dan kuarsa digambarkan seperti Gambar 2.33

Gambar 2.33 memperlihatkan dua bentuk muka gelombang yang menyebar keluar dari sebuah sumber titik khayal P yang berada di dalam kristal. Kedua muka gelombang tersebut menyatakan gelombang cahaya yang mempunyai dua keadaan polarisasi yang berbeda. Gelombang o merambat di dalam kristal dengan laju yang sama () didalam semua arah. Hal ini ditunjukkan dengan muka gelombang o yang berbentuk permukaan bola. Gelombang e merambat di dalam kristal dengan laju yang berbeda tergantung arah perambatan gelombang. Muka gelombang e digambarkan berupa sebuah ellipsoida (bangun ruang yang terbentuk dari permukaan ellips). Untuk kristal kalsit, gelombang e merambat dengan kelajuan yang lebih kecil pada arah sumbu y dibandingkan arah sumbu x, ditunjukkan dengan muka gelombang berbentuk ellipsoida yang pipih pada arah sumbu y. Tampak pula pada Gambar 2.33 muka gelombang o dan muka gelombang e berimpit pada arah sumbu tertentu. Sumbu ini disebut sumbu optik. Gelombang e dan gelombang o merambat dengan laju yang sama pada arah sumbu optik.

Gambar polarisasiBiar ia yg gambar

D. Aplikasi Polarisasi cahaya

Salah satu penerapan penting dari proses polarisasi adalah Liquid Crystal Dsiplay (LCD). LCD digunakan dalam berbagai tampilan, dari mulai jam digital, layar kalkulator, hingga layar televise. LCD dapat diartikan alat peraga kristal cair, berisi dua filter polarisasi yang saling menyilang dan didukung oelh sebuah cermin. Biasanya polarisator yang saling menyilang menghalangi semua cahaya yang melewatinya. Namun, diantar kedua filter itu terdapat lapisan kristal cair. Selain energi listrik alat ini dipadamkan, kristalnya memutar sinar-sinar yang kuat dengan membentuk sudut 90 derajat. Sinar-sinar yang berputar itu kemudian dapat menembus filter (penyaring) bagian belakang. Kemudian sinar-sinar itu dipantulkan oleh cermin sehingga peraga (layar) tampak putih. Angka atau huruf pada peraga dengan menyatakan daerah-daerah kristal cair. Ini mengubah posisi kristal cair tersebut sehingga kristal-kristal tidak lagi memutar cahaya.

Dalam kehidupan sehari-hari kita sudah mengenal istilah LCD. LCD merupakan akronim dari liquid crystal display atau bila diterjemahkan adalah display kristal cair. LCD banyak dimanfaatkan dalam teknologi display untuk berbagai aplikasi seperti monitor komputer, notebook, tv, handphone dan sebagainya. Berdasarkan hasil penelitian dan prediksi pasar dari society for information display (SID), LCD sejak tahun 1999 hingga tahun 2007 cukup dominan dalam menguasai pasar flat panel display (FPD) dibandingkan dengan pasar tv konvensional atau cathode ray tube (CRT).

LCD +/- terdiri dari bahan polimer yang disebet "kristal cair" (Liquid Crystal), yang diapit (sandwiched) di antara 2 kaca, kaca depan dan kaca belakang. Di bagian kaca depan terdapat elektroda (konduktor) tembus pandang (misalnya dari bahan ITO: Indium Tin Oxide). ELektroda ITO ini terdiri dari segmen-segmen (misalnya 7 segmen atau lebih), bergantung dari jenis display nya. Lalu di atas/depan kaca depan diletakkan sebuah kaca polarisator.Bahan kristal cair mempunyai sifat optik: jika seberkas cahaya menembusnya, maka arah/bidang polarisasi cahaya akan dipengaruhi oleh "orientasi" molekul-molekul bahan ini. Sedang orientasi molekul-molekul bahan ini dapat dipengaruhi oleh medan listrik luar. Jadi artinya medan listrik luar akan dapat memutar orientasi molekul kristal ini, yang akhirnya juga "memutar" arah polarisasi cahaya yang menembusnya.Pada salah satu jenis desain LCD, dibuat agar dalam keadaan tidak ada tegangan (medan listrik) pada elektroda-2 nya, orientasi molekul bahan kristal cair sedemikian rupa, sehingga cahaya yang menembus dari belakang bidang polarisasinya akan diputar (sedemikian rupa) sehingga pada saat sampai di permukaan depan akan dilewatkan oleh keca polarisator ("jeruji" dalam istilahnya bung Tony), sehingga kita melihat LCD dalam keadaan tembus pandang ("putih").Jika (misalnya kita tekan angka "5" pada kalkulator ber LCD kita), maka segmen-2 dari ke 7-segmen yang posisinya membentuk "angka 5" akan mendapat tegangan listrik (high), akibatnya volume bahan kristal cair di bawah ke lima segmen tersebut berputar 90 derajat, sehingga berkas cahaya yang melalui bagian ke 5 segmen tersebut bidang polarisasinya juga berputar 90 derajat. Ini tidak akan dilewatkan oleh kaca polarisator ("jeruji") tadi, sehingga nampak berwarna hitam.Di dalam aplikasi, umumnya berkas cahaya bukan menembus dari belakang LCD, tetapi dari atas juga (seperti digunakan pada LCD hampir semua produk elektronik) . Untuk ini dapat digunakan cermin di bagian belakang LCD.

Sebenarnya apa itu kristal cair ?

Kristal cair merupakan fase cair yang berada diantara fase kristal padat dan amorf cair. Maksudnya adalah ketika temperatur bertambah fase padat akan kehilangan keteraturan posisi namun orientasinya tetap, jadi kristal cair masih memiliki beberapa keteraturan secara parsial. Dari definisi tersebut kristal cair tergantung pada temperatur dengan rentang antara -20 C sampai 80 C, namun bisa juga lebih yaitu sekitar -30 C sampai 120 C. Bentuk molekul dari kristal cair yang terkenal adalah bentuk batang (rod shape) sedangkan bentuk lain yang sedang dikembangkan untuk meningkatkan kualitas sudut pengelihatan adalah bentuk piringan (disk like shape). Sedangkan fase di dalam kristal cair terdiri dari tiga fase yaitu, nematik, smektik, dan cholesterik.

Dari sifat cahaya yang dihasilkan LCD dapat diklasifikasikan menjadi tiga bagian yaitu, transmisi, transrefleksi, dan refleksi. Konsep dasar bagaimana LCD bekerja adalah fisika gelombang dan optik terutama tentang cahaya sebagai gelombang elektromagnetik, cahaya berhubungan dengan warna dan pengelihatan, dan polarisasi cahaya sebagai gelombang.