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 :