POLARISASI

Polarisasi adalah keadaan (orientasi) bidang getar dari  (medan listrik).

Macam-macam polarisasi :

1.      Polarisasi linear. Suatu gelombang disebut terpolarisasi linear, bila gelombang tersebut hanya bergetar pada satu bidang getar (datar) yang disebut juga bidang polarisasi. Polarisasi linear disebut juga polarisasi bidang.

2.      Polarisasi lingkaran. Apabila gelombang memiliki amplitude tetap, tetapi arah medan berubah-ubah. Polarisasi ini dapat terjadi apabila dua gelombang dengan amplitude sama bersuperposisi.

3.      Polarisasi eliptis. Sama seperti polarisasi lingkaran, tetapi dengan amplitude tidak selalu sama besar.

Cahaya yang terpolarisasi (cahaya alamiah) memiliki orientasi E ke segala arah. Arah ini dapat diuraikan menjadi 2 arah, yaitu komponen sejajar bidnag jatuh dan tegak lurus bidang jatuh dengan notasi  dan

Telah diterangkan bahwa cahaya merupakan gelombang eektromagnet transversal. Lebih lanjut lagi telah disinggung mengenai macam-macam gelombang terpolarisasi, antar lain gelombang terpolarisasi linear. Gelombag electromagnet yang terpolarisasi linear adalah gelombang yang bidang tempat orientasi dari medan listrik dan magnetnya konstan, meskipun arah dan besar simpangan medannya berubah-ubah menurut fungsi waktu. Bidang tempat orientasi dari medan listrik ini kemudian disebut juga sebagai bidang getar. Bidang getar ini selain terdiri dari vector medan listrik () juga memuat , yaitu vector perambatan gelombang (arah  sama dengan arah gerak gelombang).

Andaikan kita mempunyai dua buah gelombang electromagnet yang harmonic dan terpolarisasi linear, bergerak di dalam medium yang sama pada sebuah ruangan dengan arah rambat yang sama, maka kedua vector  tersebut akan membentuk gelombang resultan yang terpolarisasi linear pula! (Kejadian ini akan kita bicarakan tersendiri dalam bab interferensi). Sebaliknya bila kedua gelombang electromagnetic tersebut mempunyai arah vector medan  yang saling tegak lurus, resultan kedua gelombang elektromagnetik tersebut dapat terpolarisasi linear, dapat pula tidak linear.

Refeksi dan Refraksi Gelombang

Cepat rambat bermacam-macam gelombang yang telah dibicarakan bergantung pada beberapa sifat fisi dari medium tempat gelombang ini merambat. Sebagai contoh, cepat rambat dari gelombang elastic bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan mediumnya . Cepat rambat dari gelombang elektromagnetik bergantung pada permitivitas dan permeabilitas dari medium tempat gelombang merambat.

;

Ketergantungan cepat rambat gelobang pada sifat-sifat medium yang dilaluinya menimbulkan gejala (peristiwa) refleksi dan refraksi, yang terjadi bila gelombang tiba paa perbatasan antara dua media yang mempunyai kerapatan berbeda. Gelombang refleksi adalah gelombang baru yang merambat kembali ke medium semula. Gelombang refraksi adalah gelombang yang diteruskan ke medium berikutnya. Energy gelombang datang yang jatuh pada bidang batas antara dua media yang berbeda kerapatannya, akan terbagi menjadi energy gelombang refleksi dan energy gelombang refraksi.

Hukum-hukum Refleksi dan Refraksi

Pada bidang permukaan refleksi H. akan dibuktukan bahwa sinar datang, sinar refkesi dan garis normal di titik jatuh, semua terletak pada satu bidang.

Misalkan sinar cahaya datang dari A, dipantulkan di C dan sinar refleksi melalui B. Lukis bidang tegak lurus H yang melalui A dan B, dan lukis CO tegak lurus bidang ini. Kecuali O dan C berimpit, selalu berlaku AC lebih besar dari AO dan CB lebih besar dari OB. Jadi waktu yang diperlukan untuk lintasan ACB lebih lama dari pada lintasan AOB, ini bertentangan dengan prinsip Fermat. Jadi titik C dan O harus berimpit dan sinar-sinar AO,OBdan normal di O pada H semuanya harus terletak pada suatu bidang datar. Sekarang ditentukan di manakah letak titik O sehingga waktu lintas sinar cahaya dari A ke O ke B adalah minimum.

Bidang gambar menyatakan bidang normal pada Gambar 2.11. Anggap titik O dapat terletak sembarang di sepanjang garis h. sudut I dan r masing-masing disebut sudut jatuh (datang) dan sudut refleksi (pantul). Missal v adalah cepat rambat cahay (dalam medium yang homogen dan isotropic). Panjang lintasan yang ditempuh oleh cahaya dari A ke O ke b adalah s+s1 dan waktu t yang diperlukan untuk menempuh lintasan ini adalah :

Dari gambar dapat dilihat bahwa :

Maka :

Jika titik O digeser sedikit, maka sudut I dan r akan berubah menjadi di dan dr dari perubahan waktu tempuhnya adalah dt.

Jika waktu tempuhnya minimum, maka dt = 0; jadi :

Juga dari Gambar 2.12 dapat dilihat hubungan :

Bila ruas kiri dan kanan dideferensiasi, maka:

Bila dibagi, maka diperoleh :

sin i = sin r Ini berarti lintasan cahaya dari A ke O ke B akan mengambil waktu yang sesingkat-singkatnya, jika dan hanya jika sudut jatuh (i) sama dengan sudut refleksi (r) dan sinar jatuh, sinar refleksi, garis normal di titik jatuh terletak pada satu bidang datar. Nukti bahwa sinar datang, sinar refraksi (bias), dan garis normal pada titik jatuh juga terletak pada stau bidnag datar dapat dibuktikan. Pada gambar 2.13, h menyatakan bidang batas dua media yang mempunyai indeks bias masing-masing n1 dan n2 dengan cepat rambat cahaya di dalam media tersebut masing-masing adalah v1 dan v2 Dari A ke O ke B adalah lintasan cahaya dari A ke B, i dan r’ adalah sudut datang dan sudut refraksi. s’ adalah panjang lintasan OB dalam medium kedua. Waktu dari A ke B adalah :

Menurut Fermat, waktu lintas harus sesingkat mungkin, jadi dt=0

Persamaan ini dikenal sebagai hukum-hukum Snellius untuk refleksi dan refraksi.

Disebut indeks bias medium (2) relative terhadap medium (1). Bila medium pertama adalah vakum atau udara, maka konstanta sin i/sin r adalah indkes bias medium (2) relative terhadap udara, disebut indeks bias (refraksi) absolut dari medium (2). Ditetapkan bahwa vakum (udara) sebagai medium standar : n udara = 1 Jika medium (1) mempunyai indeks refraksi absolut yang lebih besar dari medium (2) dikatakan bahwa medium (1) bersifat optis lebih rapat (optically denser) dari pada medium (2): sebaliknya disebut medium yang bersifat optis kurang rapat (lebih renggang).

Jadi sinar datang akan direfraksikan mendekati garis normal (Gambar 2.14a). peristiwa refleksinya disebut refleksi eksternal.

Jadi sinar akan direfraksikan menjauhi normal (Gambar 2.14b). peristiwa refleksinya disebut refleksi internal. Di sini tidak akan terjadi refraksi untuk setiap sudut jatuh i. dalam hal ini ada sudut jatuh i = ikr, yang memberikan sudut refraksi r’ = 90o; sudut jatuh ikr dinamakan sudut jatuh kritis (critical angle of incidence), yaitu sudut jatuh terbesar yang masih dapat memberikan refraksi (Gambar 2.14c). Jika sudut i > ikr tidak terjadi refraksi, karena sinar direfleksikan total (totally internal reflected0, disebut pantulan sempurna.

Polarisasi Karena Refleksi

Hukum Snellius untuk refleksi dan refraksi memberikan keterangan mengenai arah dari sinar-sinar refleksi dan refraksi. akan tetapi hukum tersebut tidak dapat menerangkan apa-apa mengenai intensitas dari sinar-sinar refleksi dan refraksi. hal ini dapat diterangkan dengan baik, dengan menggunakan hukum Maxwell yang kemudian diturunkan menjadi persamaan Fresnel. Pada tahun 1809, Malus menemukan bahwasanya cahaya dapat dibuat terpolarisasi sempurna atau sebagian dengan cara refleksi. Gambar 2.30 menggambarkan sinar tidak terpolarisasi jatuh pada permukaan gelas, maka vector □(E ⃗ ) dari tiap rambatan gelombang (gelombang datang, gelombang refleksi, dan gelombang refraksi) dapat kita uraikan atas dua komponennya, yang atu tegak lurus pada bidang jatuh dan yang lain sejajar dengan bidang jatuh (cukup dua arah ini yang dipandang).

Polarisasi karena Hamburan

Hamburan (scattering) adalah peristiwa pancaran gelombang elektro magnetic, dari getaran I elektron-elektron suatu medium yang dikenai cahaya. Cahaya yang dihamburkan ini adalah resultan dari gelombang yang datang dari radiasi elektron. Gelombang resultan ini mempunyai intensitas maksimum pada arah gelombang datang. Pada arah ke samping berkurang sekali intensitasnya. Jika cahaya merambat dalam gas, lebih banyak hamburan ke samping, sebab elektron-elektron gas yang bergetar berjarak besar satu sama lain dan tidak terikat erat seperti pada benda rigid. Jadi elektron, dalam gas berdiri sendiri tidak saling beragantung. Cahaya yangdihamburkan ke samping oleh partikel gas terpolarisasi sebagian atau seluruhnya, sekalipun cahaya yang datang tidak terpolarisasi.

Di a ada elektron yang bergetar karena dikenai gelombang cahaya alamiah dari bawah. Seorang pengamat di b menerima radiasi elektron dengan vector E tegak lurus bidang gambar, jadi terpolarisasi linear. Sebab semua komponen tegak lurus sampai di b, sedangkan pengamat di c dan d menerima gelombang terpolarisasi sebagian,; karena dari a kedua komponen sampai juga di c dan d. Pengamat yang melihat cahaya yang diteruskan atau dihamburkan ke belakang tidak dapat mengamati efek polarisasi apa pun karena kedua komponen akan mmancar sama banyak pada kedua arah ini. contohnya adalah hamburan sinar matahari oleh molekul-molekul atmosfer bumi. Jika tidak ada atmosfer, langit akan nampak hitam kecuali jika kita melihat langsung kearah matahari. Jika kita amati langit yang tidak berawan dengan sebuah polarisator, maka paling tidak cahayanya akan terpolarisasi sebagian. Cahaya yang dihamburkan oleh langit ini didominasikan oleh warna biru, maka dari itu warna langit yang cerah adalah biru. Dan warna langit senja hari didominasi warna merah sehingga langit berwarna merah. Frekuensi warna biru adalah sesuai dengan frekuensi dari getaran elektron dan komponen yang tegak lurus. Sedangkan pada tempat-tempat yang miring,terdapat campuran komponen sehingga warna berkurang, makin miring ke bawah makin kea rah frekuensi warna merah.