LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA I

PENGUKURAN PANJANG GELOMBANG SINAR LASER DIODA DENGAN

MENGGUNAKAN CD SEBAGAI KISI REFLEKSI

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika I

Dosen Pengampu : Drs. Parlindungan Sinaga, M.Si

Oleh :

Rahayu Dwi Harnum (1305957)

PELAKSANAAN PERCOBAAN :

Hari/Tgl/Jam : Rabu / 30 September 2015 / 09.30 – 12.00 WIB

Teman Sekelompok : Gisela Adelita (1305667)

Rizki Fahmi Sumaryono (1307210)

LABORATORIUM FISIKA LANJUT

PROGRAM STUDI FISIKA

DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2015

A. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan Jarak Antar Track Terdekat (d) Pada CD

2. Menentukan Panjang Gelombang Laser Dioda

B. ALAT DAN BAHAN

1. Laser helium neon (output < 1mW)

2. Laser dioda (output < 1mW)

3. CD

4. Power supply DC

5. Penggaris

6. Kertas millimeter blok

7. Gunting

8. Solatip

C. DASAR TEORI

1. Interferensi

Interferensi merupakan penggabungan secara superposisi dua

gelombang atau lebih yang bertemu pada satu titik. Interferensi pada dua

gelombang yang memiliki amplitude sama akan menghasilkan suatu gelombang

yang mempunyai amplitude yang bergantung pada beda fase antara gelombang-

gelombang penyusun. Jika kedua gelombang sefase, maka interferensi bersifat

konstruktif dan amplitude gelombang resultan dua kali amplitude gelombang

penyusun. Jika dua gelombang berbeda fase 1800, maka interferensi bersifat

destruktif dan gelombang saling menghilangkan.

2. Difraksi

Bila suatu gelombang datang pada suatu permukaan batas yang

memisahkan dua daerah dengan laju gelombang berbeda, maka sebagian

gelombang akan dipantulkan dan sebagian yang lain akan ditransmisikan.

Apabila muka gelombang bidang tiba pada suatu celah sempit (lebarnya lebih

kecil dari panjang gelombang), maka gelombang tersebut akan mengalami

lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang

melebar di belakang celah tersebut. Peristiwa tersebut dikenal dengan difraksi.

3. Kisi Difraksi

Peristiwa difraksi juga dapat disebabkan oleh kisi. Kisi ialah sebuah

penghalang yang terdiri atas banyak celah sempit. Kisi difraksi ialah alat yang

berguna untuk menganalisis sumber-sumber cahaya. Berupa sebuah

penghalang yang terdiri dari banyaknya celah sempit yang jumlahnya bisa

mencapai ribuan pada daerah selebar 1 cm. Cahaya yang dilewatkan pada kisi

difraksi ini akan dilenturkan sedemikian rupa sehingga cahaya dapat melewati

celah tersebut. Apabila dipasang sebuah layar maka cahaya yang dilewatkan

tersebut akan menghasilkan sebuah pola interferensi gelap terang apabila

sebuah kisi-kisi tersebut memiliki jarak antar kisi dan lebar kisi yang sama.

4. Kisi Refleksi

Lain halnya dengan kisi refleksi yang akan menghasilkan sebuah pola

interferensi apabila kisi-kisi nya memiliki jarak antar celah dan lebar celah yang

sama jika dilewati oleh sumber cahaya. Cahaya yang melewati kisi refleksi akan

dipantulkan kembali menuju sumber cahaya, karena pada hakikatnya kisi yang

digunakan pada kisi refleksi ini tidak benar-benar memiliki lubang melainkan

hanya sebuah lekukan yang relatif sama seperti halnya pada kisi difraksi.

Akibatnya tidak akan muncul pola interferensi pada layar yang disimpan

dibelakang kisi. Pola interferensi akan terlihat apabila posisi layar disimpan

didepan kisi atau dihadapan titik pemantulan cahaya nya.

5. Compact Disk

Untuk memudahkan pengamatan maka dianjurkan untuk menggunakan

Compact Disk. CD tersusun dari polycarbonate plastic dengan tebal ± 1.2mm.

Selama proses fabrikasi, lapisan tersebut di press sedemikian rupa dan dibentuk

track atau jalur penyimpanan data. Setelah itu alumunium ditaburkan diatasnya

sehingga membentuk lapisan yang lebih tipis untuk menutupi jalur track data.

Proses selanjutnya diberikan lapisan acrylic untuk melindungi lapisan

alumunium. Pada compact disk track berperan sebagai kisi dan lapisan

alumunium sebagai lapisan reflektifnya.

6. Laser

Laser merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi

elektromagnetik yang biasanya dalam bentuk cahaya yang dapat dilihat maupun

tidak dengan mata normal, melalui proses pancaran stimulasi. Pancaran laser

biasanya tunggal, memancarkan foton dalam pancaran koheren. Dalam teknologi

laser, cahaya yang koheren menunjukan suatu sumber cahaya yang

memancarkan panjang gelombang yang diidentifikasi dari frekuensi yang sama,

beda fase yang konstan dan polaritasnya.

Dioda laser (LD) atau (ILD) merupakan sebuah laser yang tersusun atas

diode, dengan media aktif yang digunakan adalah sebuah semikonduktor

persimpangan p-n yang mirip dengan yang didapatkan pada diode pemancar

Gambar 1.

cahaya. Prinsip kerja diode yaitu melalui sirkuit dari rangkaian elektronika, yang

terdiri atas jenis p dan n. Pada dua jenis ini dihasilkan dua tegangan, yaitu :

1. biased forward, dengan arus yang dihasilkan searah dengan nilai

0,707 utk pembagian v puncak, bentuk gelombang nya ( +).

2. backforward biased, merupakan tegangan berbalik yang dapat

merusak suatu komponen elektronika.

7. Menghitung Panjang Gelombang Sinar Laser

Dalam perhitungan jarak antar track pada CD dan perhitungan

panjang gelombang sinar laser dapat dilakukan dengan memenuhi syarat

untuk bintik terang (bright spot) yaitu 𝑑 sin𝜃𝑛 = 𝑚𝜆

Untuk bintik terang 1 ; 𝑑 sin 𝜃1 = 𝜆

Untuk bintik terang 2 ; 𝑑 sin 𝜃2 = 2𝜆

Maka ; 𝑑 sin 𝜃2 − 𝑑 sin𝜃1 = 2𝜆 − 𝜆

𝑑 (sin 𝜃2 − sin 𝜃1) = 𝜆

Gambar 3. skema percobaan

Gambar 2 : Skema peralatan yang digunakan

dalam pengukuran panjang gelombang sinar

laser diode dengan menggunakan CD sebagai

kisi refleksi

Berdasarkan skema percobaan pengukuran panjang gelombang sinar laser

diode dengan menngunakan CD sebagai kisi refleksi, diperoleh

sin 𝜃1 =

𝑊𝑖𝑛2

√(𝑊𝑖𝑛2)2

+ 𝐿2

sin 𝜃2 =

𝑊𝑜𝑢𝑡2

√(𝑊𝑜𝑢𝑡2 )

2

+ 𝐿2

… 𝑑 (sin 𝜃2 − sin 𝜃1) = 𝜆

𝜆 = 𝑑 (𝑊𝑜𝑢𝑡2

√(𝑊𝑜𝑢𝑡2)2+𝐿2

−𝑊𝑖𝑛2

√(𝑊𝑖𝑛2)2+𝐿2)

𝑑 = 𝜆

(

𝑊𝑜𝑢𝑡2

√(𝑊𝑜𝑢𝑡2 )

2

+ 𝐿2−

𝑊𝑖𝑛2

√(𝑊𝑖𝑛2 )

2

+ 𝐿2)

D. PROSEDUR PERCOBAAN

Percobaan I : Menentukan jarak antar track terdekat (d) pada CD

1. Mempersiapkan alat dan bahan

2. Menempatkan keeping CD pada mount (pemegangnya)

3. Menempatkan layar (kertas milimeterblock) yang sudah diberi lubang kira-

kira 5-7 cm didepan keeping CD, dengan mengusahakan layar parallel

dengan permukaan CD

4. Menempatkan laser He-Ne dibelakang layar (dibawah lubang layar)

sedemikian sehingga cahaya dari laser datang tegak lurus pada permukaan

CD

5. Menghitung dan mencatat jarak antara layar dan keeping CD (L)

6. Menghidupkan laser dan menandai titik dimana laser mengalami interferensi

konstruktif (bintik terang) pada layar

7. Mengukur dan mencatat hasil Win dan Wout

8. Menentukan jarak antar track terdekat (d) pada keeping CD dengan

menggunakan persamaan jarak antrak track pada CD di dasar teori

9. Merapikan kembali alat dan bahan

Percobaan II : Menentukan panjang gelombang sinar laser diode

1. Mempersiapkan alat dan bahan

Panjang gelombang sinar laser

diode

Jarak antar track pada CD

2. Menempatkan keeping CD pada mount (pemegangnya)

3. Menempatkan layar (kertas milimeterblock) yang sudah diberi lubang kira-

kira 5-7 cm didepan keeping CD, dengan mengusahakan layar parallel

dengan permukaan CD

4. Menempatkan laser dioda dibelakang layar (dibawah lubang layar)

sedemikian sehingga cahaya dari laser datang tegak lurus pada permukaan

CD

5. Menghitung dan mencatat jarak antara layar dan keeping CD (L)

6. Menghidupkan laser dan menandai titik dimana laser mengalami interferensi

konstruktif (bintik terang) pada layar

7. Mengukur dan mencatat hasil Win dan Wout

8. Menentukan panjang gelombang sinar laser dioda dengan menggunakan

persamaan panjang gelombang sinar laser dioda di dasar teori

9. Merapikan kembali alat dan bahan

E. DATA PENGAMATAN

Percobaan I : Menentukan Jarak Antar Track Terdekat (d) Pada CD

𝜆 Laser He-Ne = 632.8 nm, dengan Light Transmitter AC 100V, 50/60 Hz

L = 6.5 cm

No Win (…± 0.05 𝑐𝑚) Wout (…± 0.05 𝑐𝑚)

1 3.1 13.2

2 3.3 13.5

3 3.2 13.4

Percobaan II : Menentukan Panjang Gelombang Sinar Laser Dioda

No

Sinar Laser Ungu Sinar Laser Hijau Sinar Laser Merah

Win (…±

0.05 𝑐𝑚)

Wout (…±

0.05 𝑐𝑚)

Win (…±

0.05 𝑐𝑚)

Wout (…±

0.05 𝑐𝑚)

Win (…±

0.05 𝑐𝑚)

Wout (…±

0.05 𝑐𝑚)

1 2 5.8 2.4 8.4 3 11.7

2 2 6 2.4 8.4 3 12.3

3 2 6 2.4 8.4 3 12.3

F. PENGOLAHAN DATA

Percobaan I : Menggunakan persamaan, 𝑑 = 𝜆

(

𝑊𝑜𝑢𝑡2

√(𝑊𝑜𝑢𝑡2

)2+𝐿2

−

𝑊𝑖𝑛2

√(𝑊𝑖𝑛2)2+𝐿2

)

𝜆 Laser He-Ne = 632.8 nm, dengan Light Transmitter AC 100V, 50/60 Hz

L = 6.5 cm

𝑑1 = 632.8 𝑥 10−9 𝑚

(

0.1322

√(0.1322

)2+(0.065)2

−

0.0312

√(0.0312

)2+(0.065)2

)

=632.8 𝑥 10−9 𝑚

(0.480526076)= 0.000013168 𝑚

𝑑2 = 632.8 𝑥 10−9 𝑚

(

0.1352

√(0.1352

)2+(0.065)2

−

0.0332

√(0.0332

)2+(0.065)2

)

=632.8 𝑥 10−9 𝑚

0.474277542= 0.000013342 𝑚

𝑑3 = 632.8 𝑥 10−9 𝑚

(

0.1342

√(0.1342

)2+(0.065)2

−

0.0322

√(0.0322

)2+(0.065)2

)

=632.8 𝑥 10−9 𝑚

0.47871909= 0.000013218 𝑚

No Win (…±

0.05 𝑐𝑚)

Wout (…±

0.05 𝑐𝑚)

d μm |𝑑𝑖 − �̅�| 𝜇𝑚 |𝑑𝑖 − �̅�|2 𝜇2𝑚2

1 3.1 13.2 1.3168 0.0074 0.00005476

2 3.3 13.5 1.3342 0.01 0.0001

3 3.2 13.4 1.3218 0.0024 0.00000576

Σ 3.9728 0.00016052

�̅� =∑ 𝑑𝑖𝑛𝑖=1

𝑛=3.9728

3= 1.324266667 𝜇𝑚

∆𝑑 = √∑|𝑑𝑖−�̅�|

2

𝑛−1= √

0.00016052

2= 0.008958794 𝜇𝑚

Maka ; 𝑑 = (1.324266667 ± 0.008958794) 𝜇𝑚 dengan presentase

kesalahan presisi sebesar ∆𝑑

𝑑 𝑥 100% =

0.008958794

1.324266667 𝑥 100% = 0.67%

Percobaan II : Menggunakan persamaan, 𝜆 = 𝑑 (𝑊𝑜𝑢𝑡2

√(𝑊𝑜𝑢𝑡2)2+𝐿2

−𝑊𝑖𝑛2

√(𝑊𝑖𝑛2)2+𝐿2)

𝐿 = 6.5 𝑐𝑚

𝑑 = (1.324266667 ± 0.008958794) 𝜇𝑚

1. Sinar laser ungu

𝜆1 = 1.324266667(0.058

2

√(0.058

2)2+(0.065)2

−0.02

2

√(0.02

2)2+(0.065)2

)= 0.338197117 𝑚

𝜆2 = 1.324266667(0.06

2

√(0.06

2)2+(0.065)2

−0.02

2

√(0.02

2)2+(0.065)2

)= 0.353580516 𝑚

𝜆3 = 1.324266667(0.06

2

√(0.06

2)2+(0.065)2

−0.02

2

√(0.02

2)2+(0.065)2

)= 0.353580516 𝑚

No

Sinar Laser Ungu

𝜆 𝜇𝑚 |𝜆𝑖 − �̅�| 𝜇𝑚 |𝜆𝑖 − �̅�|2𝜇2𝑚2 Win (…±

0.05 𝑐𝑚)

Wout (…±

0.05 𝑐𝑚)

1 2 5.8 0.3381 0.010266666 0.000105404

2 2 6 0.3535 0.005133334 0.000026351

3 2 6 0.3535 0.005133334 0.000026351

Σ 1.0451 0.000158106

�̅� =∑ 𝜆𝑖𝑛𝑖=1

𝑛=1.0451

3= 0.348366666 𝜇𝑚

∆𝜆 = √∑|𝜆𝑖 − �̅�|

2

𝑛 − 1= √

0.000158106

2= 0.008891182 𝜇𝑚

Maka ; 𝜆 = (0.348366666 ± 0.008891182) 𝜇𝑚 dengan presentase

kesalahan presisi sebesar ∆𝜆

𝜆 𝑥 100% =

0.008891182

0.348366666 𝑥 100% = 2.55%

2. Sinar laser hijau

𝜆1 = 𝜆2 = 𝜆3 = 1.324266667(0.084

2

√(0.084

2)2+(0.065)2

−0.024

2

√(0.024

2)2+(0.065)2

)= 0.478282623 𝑚

No

Sinar Laser Hijau

𝜆 𝜇𝑚 |𝜆𝑖 − �̅�| 𝜇𝑚 |𝜆𝑖 − �̅�|2𝜇2𝑚2 Win (…±

0.05 𝑐𝑚)

Wout (…±

0.05 𝑐𝑚)

1 2.4 8.4 0.4782 0 0

2 2.4 8.4 0.4782 0 0

3 2.4 8.4 0.4782 0 0

Σ 1.4346 0

�̅� =∑ 𝜆𝑖𝑛𝑖=1

𝑛=1.4346

3= 0.4782 𝜇𝑚

∆𝜆 = √∑|𝜆𝑖 − �̅�|

2

𝑛 − 1= √

0

2= 0

Maka ; 𝜆 = (0.4782) 𝜇𝑚 dengan tidak memiliki presentase kesalahan

presisi.

3. Sinar laser merah

𝜆1 = 1.324266667(0.117

2

√(0.117

2)2+(0.065)2

−0.03

2

√(0.03

2)2+(0.065)2

)= 0.588113747 𝑚

𝜆2 = 1.324266667(0.123

2

√(0.123

2)2+(0.065)2

−0.02

2

√(0.02

2)2+(0.065)2

)= 0.612367455 𝑚

𝜆3 = 1.324266667(0.123

2

√(0.123

2)2+(0.065)2

−0.02

2

√(0.02

2)2+(0.065)2

)= 0.612367455 𝑚

No

Sinar Laser Merah

𝜆 𝜇𝑚 |𝜆𝑖 − �̅�| 𝜇𝑚 |𝜆𝑖 − �̅�|2𝜇2𝑚2 Win (…±

0.05 𝑐𝑚)

Wout (…±

0.05 𝑐𝑚)

1 3 11.7 0.5881 0.016133333 0.000260284

2 3 12.3 0.6123 0.008066667 0.000065071

3 3 12.3 0.6123 0.008066667 0.000065071

Σ 1.8127 0.000390426

�̅� =∑ 𝜆𝑖𝑛𝑖=1

𝑛=1.8127

3= 0.604233333 𝜇𝑚

∆𝜆 = √∑|𝜆𝑖 − �̅�|

2

𝑛 − 1= √

0.000390426

2= 0.000195213 𝜇𝑚

Maka ; 𝜆 = (0.604233333 ± 0.000195213 ) 𝜇𝑚 dengan presentase

kesalahan presisi sebesar ∆𝜆

𝜆 𝑥 100% =

0.000195213

0.604233333 𝑥 100% = 0.03%

G. ANALISIS

Hasil perhitungan untuk percobaan pertama yaitu menentukan jarak antar

track pada CD dengan menggunakan laser He-Ne sebagai sumbernya

didapatkan 𝑑 = (1.324266667 ± 0.008958794) 𝜇𝑚 dengan presentase kesalahan

presisi sebesar 0.67%. Berdasarkan literature, jarak antar track terdekat pada

CD adalah 1.6 𝜇𝑚, hal tersebut dapat memungkinkan perhitungan kesalahan

akurasi sebesar |�̅�−𝑑𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟|

𝑑𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑥 100% =

|1.324266667−1.6|

1.6 𝑥 100% = 17.2 %

Perbedaan hasil yang didapatkan dengan literature disebabkan oleh

beberapa hal, yaitu :

1. Tidak tepat dalam menandai hasil bintik terang laser pada kertas

milimeterblock

2. Hasil pengukuran jarak antar bintik terang dalam kertas

millimeterblock yang tidak tepat akibat tanda titik yang tidak tepat

(terlalu besar atau terlalu kecil)

3. Kesalahan paralaks terhadap pengukuran bintik terang karena

pemberian sinar

Hasil perhitungan untuk percobaan kedua yaitu menentukan panjang

gelombang sinar laser diode diperoleh tiga data dengan sinar laser yang

berbeda.

Sinar laser pertama berwarna ungu, diperoleh 𝜆 = (0.348366666 ±

0.008891182) 𝜇𝑚 dengan presentase kesalahan presisi sebesar 2.55%.

Berdasarkan literature, panjang gelombang sinar laser diode berwarna ungu

adalah 0.38 𝜇𝑚− 0.43 𝜇𝑚, hal tersebut dapat memungkinkan perhitungan

kesalahan akurasi sebesar |�̅�−𝜆𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟|

𝜆𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑥 100% =

|0.348366666−0.38|

0.38 𝑥 100% = 8.32 %.

Sinar laser kedua berwarna hijau, diperoleh 𝜆 = (0.4782) 𝜇𝑚 dengan tidak

memiliki presentase kesalahan presisi. Berdasarkan literature, panjang

gelombang sinar laser diode berwarna hijau adalah 0.53 𝜇𝑚, hal tersebut dapat

memungkinkan perhitungan kesalahan akurasi sebesar |�̅�−𝜆𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟|

𝜆𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑥 100% =

|0.4782−0.53|

0.53 𝑥 100% = 9.77 %.

Sinar laser ketiga berwarna merah, diperoleh 𝜆 = (0.604233333 ±

0.000195213 ) 𝜇𝑚 dengan presentase kesalahan presisi 0.03%. Berdasarkan

literature, panjang gelombang sinar laser diode berwarna merah adalah

0.638 𝜇𝑚, hal tersebut dapat memungkinkan perhitungan kesalahan akurasi

sebesar |�̅�−𝜆𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟|

𝜆𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑥 100% =

|0.604233333−0.638|

0.638 𝑥 100% = 5.29 %.

H. KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan, telah didapatkan bahwa jarak antar track

terdekat pada CD adalah 𝑑 = (1.324266667 ± 0.008958794) 𝜇𝑚 dengan

presentase kesalahan presisi sebesar 0.67% dan kesalahan akurasi sebesar

17.2 %. Sedangkan panjang gelombang sinar laser diode berdasarkan warna

laser ungu, hijau, dan merah berturut-turut adalah 𝜆 = (0.348366666 ±

0.008891182) 𝜇𝑚 dengan presentase kesalahan sebesar 2.55% dan kesalahan

akurasi sebesar 8.32% . 𝜆 = (0.4782) 𝜇𝑚 dengan tidak memiliki presentase

kesalahan presisi dan kesalahan akurasi sebesar 9.77%. 𝜆 = (0.604233333 ±

0.000195213 ) 𝜇𝑚 dengan presentase kesalahan presisi 0.03% dan kesalahan

akurasi sebesar 5.29%.

I. SARAN

Dalam melakukan praktikum menentukan jarak antar track terdekat pada

CD serta panjang gelombang sinar laser diode kedepannya, diharapkan

pengamat hendaknya memahami betul konsep serta cara kerja alat yang akan

digunakan. Serta dalam melakukan plot titik bintik terang konstruktif pada

kertas milimeterblock dilakukan dengan cermat (tiitk tidak terlalu besar ataupun

terlalu kecil) agar didapatkan hasil yang mendekati literature. Dalam pemberian

sumber sinar laser supaya diarahkan, agar bintik terang pada layar (kertas

milimeterblock) tepat sejajar mengenai lubang jalan masuk sinar laser.

Untuk praktikum menentukan panjang gelombang laser diode berwarna

diharapkan selain memahami konsep dan cara kerja alat yang akan digunakan,

pengamat juga harus mengetahui literature pasti dari laser diode berwarna

tersebut. Serta meminimalisir kondisi laser apakah dalam keadaan optimal

ataupun tidak.

J. DAFTAR PUSTAKA

Tipler, Paul. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik jilid 2. Jakarta :

Erlangga