Fakultas Teknik Elektro

TEORI CAHAYA

Ref : Keiser, Palais.

Fakultas Teknik Elektro

Teori Cahaya

• Pendekatan optika geometris– Cahaya merambat lurus

– Kecepatan di r hampa c=1/ √(εoμo) ≈ 3 x 108 m/s

– Kec di medium lain v = c/n ; n adalah indeks bias medium

– n = c/v =√(εμ)/√(εoμo)

– .

–

– Hukum SNELL mengenai pemantulan

• Cahaya datang, cahaya pantul, dan garis normal terletak

pada bidang datar

• Sudut datang = sudut pantul

:o Permeabilitas hampa udara = 4π x 10-7 N s2 C-2

:o Permitivitas hampa udara = 8,85 x 10-12 C2 N-1 m-2

Fakultas Teknik Elektro

Teori Cahayan1

n2

i r

t

i = r

2

1

sin

sin

n

n

i

t

– Hukum SNELL

mengenai

pembiasan

• n1<n2 Cahaya terus

dibelokkan mendekati normal

• n1>n2 Cahaya terus

dibelokkan menjauhi normal

Cahaya terus

Cahaya pantulCahaya datang

n1

n1

n2n2

Fakultas Teknik Elektro

Teori Cahaya

– TIR (Total Internal

Reflection)

1

2

3 4

Kondisi ini sudut datang

disebut sudut kritis

Bila sudut datang >

sudut kritis terjadi TIR

Cahaya datang dari

medium dengan

indeks bias yang

lebih tinggi

Sudut datang semakin

besar, cahaya yang

terus makin menjauhi

normal

Sudut terus =

90o

Fakultas Teknik Elektro

Teori Cahaya

• TIR (total Internal Reflection)

Fakultas Teknik Elektro

Teori Cahaya

• Pendekatan

Gelombang EM

– Cahaya : Gelombang

EM f ~ 1014 Hz

E = E0 sin (t – kz) E = E0e-z sin (t – kz)

x

y

z

e-z

Fakultas Teknik Elektro

Teori Cahaya

• Pendekatan

Gelombang EM

– Polarisasi

gelombang EM

Polarisasi sirkular

Polarisasi elipsPolarisasi linier

Fakultas Teknik Elektro

HUKUM FRESNEL

Bidang datang : bidang tegak lurus terhadap bidang batas dan melalui

arah perambatan cahaya.

Vektor medan listrik tegak lurus arah perambatan cahaya

Polarisasi sejajar bidang datang :

ii

ii

P

nnnn

nnnn

22

1

2

21

2

2

22

1

2

21

2

2

sincos

sincos

θt

θi

θr

Er

Et

Ein2n1

P : Paralelle

Fakultas Teknik Elektro

Polarisasi tegak lurus bidang datang :

θt

θi

θr

Er

Et

Ei

n1 n2

ii

ii

S

nnn

nnn

22

1

2

21

22

1

2

21

sincos

sincos

ρ : Koefisien refleksi

S : Senkrecht

Fakultas Teknik Elektro

Reflektansi :2

R

1

2tan00n

nR BP θB : Sudut BREWSTER

Sudut Kritis :

10sin

1sinsinsin

sin

22

1

2

2

22

2

22

1

1

2

SPi

iCiCi

C

nn

Rnn

n

n

Anti refleksi :

n1 n2 n3312

22

231

22

231

0

][

][

nnnR

nnn

nnnR

Fakultas Teknik Elektro

n1 = 1 dan n2 = 1.5

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85

SUDUT DATANG

RE

FL

EK

TA

NS

I

Rp Rs

Fakultas Teknik Elektro

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85

RE

FL

EK

TA

NS

I

SUDUT DATANG

n1 = 1.5 dan n2 = 1

Rp Rs

Fakultas Teknik Elektro

Teori Cahaya

• Pendekatan Teori Kuantum– Cahaya merupakan serangkaian energi yang

terkuantisasi secara diskrit yang disebut quanta

atau photons

– Energi cahaya bergantung pada frekuensi

– Dapat menjelaskan fenomena dispersi, emisi,

dan absorpsi

hfE h = konstanta Plack = 6,626 x 10-34 [J.s]

f = frekuensi [Hz]

1 eV = 1,6 x 10-19 J

Fakultas Teknik Elektro

Untuk mendapatkan daya 1μW berkas cahaya pada panjang

gelombang 0,85 μm, dibutuhkan berapa photon per detik ?

Contoh :