Polarisasi (gelombang)

Polarisasi atau pengutuban adalah sifat yang berlaku untuk gelombang transversal yang menentukan orientasi geometri dari osilasi.^{[1][2][3][4][5]} Dalam gelombang transversal, arah rambat/osilasi tegak lurus terhadap arah gerak gelombang.^[4] Contoh sederhana gelombang transversal terpolarisasi adalah getaran yang bergerak di sepanjang tali yang tegang (lihat gambar); contoh lainnya dalam alat musik seperti senar gitar. Bergantung pada bagaimana senar dipetik, getarannya bisa dalam arah vertikal, horizontal, atau pada sudut berapapun - yang tegak lurus terhadap tali. Sebaliknya, dalam gelombang longitudinal, seperti gelombang bunyi dalam cairan atau gas, perpindahan partikel dalam osilasi selalu dalam arah propagasi, sehingga gelombang ini tidak menunjukkan polarisasi. Gelombang transversal yang menunjukkan polarisasi termasuk pada gelombang elektromagnetik - seperti gelombang cahaya dan radio, gelombang gravitasi,^[6] dan gelombang suara transversal dalam benda padat. Dalam beberapa jenis gelombang transversal, perpindahan gelombang terbatas pada satu arah tunggal, sehingga tidak memungkinkan adanya polarisasi; misalnya, dalam gelombang permukaan dalam cairan (gelombang gravitasi), perpindahan gelombang partikel selalu dalam bidang vertikal.

Polarisasi melingkar pada benang karet, dikonversi menjadi polarisasi linier

Gelombang elektromagnetik seperti cahaya terdiri dari medan listrik berosilasi dan medan magnet yang selalu tegak lurus. Di sini, "Polarisasi" gelombang elektromagnetik mengacu pada arah medan listrik. Dalam polarisasi linier, bidang berosilasi dalam satu arah. Dalam polarisasi melingkar atau elips, bidang berputar secara konstan dalam pesawat saat gelombang bergerak. Rotasi dapat memiliki dua kemungkinan arah; bidang berputar dalam arti tangan kanan sehubungan dengan arah rambat gelombang disebut polarisasi lingkaran kanan, dan bidang berputar dalam arti tangan kiri disebut polarisasi lingkaran kiri.

Cahaya atau radiasi elektromagnetik lainnya dari banyak sumber, seperti matahari, api, dan lampu pijar, terdiri atas berbagai gelombang pendek dengan campuran polarisasi yang sama; hal ini disebut cahaya yang tidak terpolarisasi. Cahaya terpolarisasi dapat diproduksi dengan melewatkan cahaya yang tidak terpolarisasi melalui polarisator, yang memungkinkan gelombang hanya satu polarisasi untuk melewatinya. Bahan optik yang paling umum (seperti kaca) bersifat isotropik dan tidak mempengaruhi polarisasi cahaya yang melewatinya; namun, beberapa bahan — material yang menunjukkan birefringence, dikroisme, atau gerak optik — dapat mengubah polarisasi cahaya. Beberapa di antaranya digunakan untuk membuat filter polarisasi. Cahaya juga sebagian terpolarisasi ketika memantul dari permukaan.

Menurut ilmu mekanika kuantum, gelombang elektromagnetik juga dapat dilihat sebagai aliran partikel yang disebut foton. Jika dilihat dengan cara ini, polarisasi gelombang elektromagnetik ditentukan oleh sifat mekanis kuantum dari foton yang disebut spin.^[7][8] Sebuah foton memiliki satu dari dua kemungkinan putaran: foton dapat berputar dalam kaidah tangan kanan atau kiri mengenai arah rambatnya. Gelombang elektromagnetik terpolarisasi melingkar terdiri atas foton dengan hanya satu jenis putaran, baik tangan kanan atau kiri. Gelombang terpolarisasi linier terdiri atas foton yang berada dalam superposisi keadaan terpolarisasi sirkuler kanan dan kiri, dengan amplitudo dan fase yang sama disinkronkan untuk memberikan osilasi dalam pesawat.^[8]

Polarisasi adalah parameter penting dalam bidang ilmu yang berurusan dengan gelombang transversal, seperti optik, seismologi, radio, dan gelombang mikro. Khususnya teknologi yang terdampak seperti laser, telekomunikasi nirkabel dan serat optik, seradar.

Jenis-jenis polarisasi

Jenis polarisasi melingkar dari gelombang cahaya, dengan medan E (hijau) dan medan H (merah), dan arah rambatan ke atas

Animasi menunjukkan empat keadaan polarisasi yang berbeda dan dua proyeksi orthogonal

Gelombang terpolarisasi sirkuler sebagai jumlah dari dua komponen terpolarisasi linier 90° fase

Polarisasi karena refleksi

Pemantulan akan menghasilkan cahaya terpolarisasi jika sinar pantul dan sinar biasnya membentuk sudut 90^o. Arah getar sinar pantul yang terpolarisasi akan sejajar dengan bidang pantul. Oleh karena itu sinar pantul tegak lurus sinar bias, dengan demikian, berlaku:

i_p + r = 90°

atau

r = 90° – i_p

Jeni PMS

Polarisasi jenis ini dapat terjadi dengan bantuan kristal polaroid. Bahan polaroid bersifat meneruskan cahaya dengan arah getar tertentu dan menyerap cahaya dengan arah getar yang lain. Cahaya yang diteruskan adalah cahaya yang arah getarnya sejajar dengan sumbu polarisasi polaroid.

Seberkas cahaya alami menuju ke polarisator. Di sini cahaya dipolarisasi secara vertikal yaitu hanya komponen medan listrik E yang sejajar sumbu transmisi. Selanjutnya cahaya terpolarisasi menuju analisistor. Di analisistor, semua komponen E yang tegak lurus sumbu transmisi analisistor diserap, hanya komponen E yang sejajar sumbu analisistor diteruskan. Sehingga kuat medan listrik yang diteruskan analisistor menjadi:

E₂= E cos θ

Jika cahaya alami tidak terpolarisasi yang jatuh pada polaroid pertama (polarisator) memiliki intensitas I₀, maka cahaya terpolarisasi yang melewati polarisator adalah:

I₁ = ½ I₀

Polarisasi karena pembiasan ganda

Jika seberkas cahaya dilewatkan pada kaca, kelajuan cahaya yang keluar akan sama ke segala arah. Hal ini karena kaca bersifat homogen, indeks biasnya hanya memiliki satu nilai. Namun, pada bahan-bahan kristal tertentu misalnya kalsit dan kuarsa, kelajuan cahaya di dalamnya tidak seragam karena bahan-bahan itu memiliki dua nilai indeks bias (birefringence).

Cahaya yang melalui bahan dengan indeks bias ganda akan mengalami pembiasan dalam dua arah yang berbeda. Sebagian berkas akan memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar biasa), sedangkan sebagian yang lain tidak memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar istimewa).

Referensi

1. Shipman, James; Wilson, Jerry D.; Higgins, Charles A. (2015). An Introduction to Physical Science, 14th Ed. Cengage Learning. hlm. 187. ISBN 1305544676.
2. Muncaster, Roger (1993). A-level Physics. Nelson Thornes. hlm. 465–467. ISBN 0748715843.
3. Singh, Devraj (2015). Fundamentals of Optics, 2nd Ed. PHI Learning Pvt. Ltd. hlm. 453. ISBN 8120351460.
4. Avadhanulu, M. N. (1992). A Textbook of Engineering Physics. S. Chand Publishing. hlm. 198–199. ISBN 8121908175.
5. Desmarais, Louis (1997). Applied Electro Optics. Pearson Education. hlm. 162–163. ISBN 0132441829.
6. Le Tiec, A.; Novak, J. (July 2016). "Theory of Gravitational Waves". doi:10.1142/9789813141766_0001.
7. Lipson, Stephen G.; Lipson, Henry; Tannhauser, David Stefan (1995). Optical Physics. Cambridge University Press. hlm. 125–127. ISBN 9780521436311.
8. Waldman, Gary (2002). Introduction to Light: The Physics of Light, Vision, and Color. Courier Corporation. hlm. 79–80. ISBN 9780486421186.