KOHERENSI

Radasi laser ditandai oleh order tingkat  tinggi dari medan cahaya disbanding sumber – sumber lain. Dengan kata lain, ia memiliki tingkat koherensi yang tinggi. Koherensi tingkat tinggi dari pancaran laser memungkinkan untuk melaksanakan pemusatan special luar biasa dari daya cahaya, misalnya  W dalam ruang dengan dimensi linear hanya µm. Radiasi yang demikian tinggi intensitasnya dapat memotong logam, menghasilkan lasmikro, mengebor lubang mikroskopis lewat Kristal intan
dan sebagainya.

Perlu disebutkan disini bahwa disamping sifat – sifatnya yang baik ini laser  tidak memberikan penyelesaian untuk semua masalah kita. Keadaan masa kini lebih cepat diringkas dalam komentar Shcawlow [208] :

“ monokromasitas, kesearahan dan intensitas cahaya laser member kemungkinan jangkauan luas pengkajian ilmiah yang tidak dapat dibayangkan tanpa mereka . . . . . Walaupun demikian, kita kadang – kadang masih terbatasi oleh sifat – sifat laser yang tersedia, dan harus mencoba memperluas teknologi laser. Mungkin pada suatu hari kita mempunyai sinar – gamma yang dapat kita gunakan untuk merangsang superposisi koheren dari tingkat – tingkat energy nuklir dan untuk mengubah menurunnya radioaktif inti. Adanya laser belum memberikan penyelesaian semua masalah kita. Tetapi ia telah memberikan kepada kita petunjuk baik dan indah dimana penyelesaian menarik yang mungkin ditemukan “. Sesungguhnya, usaha penelitian saat ini, dimaksudkan untuk memperluas “ jangkauan laser “, terutama untuk menurunkan batas panjang – gelombang – pendek sampai daerah sinar – gamma dari spectrum.

Cahaya yang keluar dari sumber cahaya konvensional merupakan campur-baur gelombang – gelombang kecil terpisah dengan memperkuat atom atau memperlemah satu sama lain dengan cara acak ; permukaan gelombang yang dihasilkan dengan demikian berubah dari titik ketitik dan berubah dari waktu ke waktu. Jadi, ada dua konsep koherensi yang tidak tergantung satu sama lain, yaitu koherensi temporal dan koherensi special.

a)      Koherensi Temporal

Jenis koherensi ini dimasudkan adalah korelasi antara medan disuatu titik dan medan pada titik yang sama pada saat berikutnya ; yakni hubungan antara E (x,y,z,t₁) dan E ( x,y,z,t₂). Jika beda fase antara dua medan tetap selama periode yang diamati, yang berkisar antara beberapa mikrodetik, gelombang tersebut kita namakan memiliki koherensi temporal. Jika beda fase berubah beberapa kali dan secara tidak teratur selama periode pengamatan yang singkat, gelombang dikatakan tidak – koheren.

b)      Koherensi Special

Dua medan pada dua tiik berbeda pada permukaan gelombang dari suatu gelombang elektromagnetis dikatakan koheren special jika mereka mempertahankan beda fase tetap selama waktu t. Bahkan hal ini mungkin jika dua berkas tersebut secara sendiri – sendiri tidak koheren temporal ( menurut waktu ), karena setiap perubahan fase dan salah satu berkas diikuti oleh perubahan fase yang sama dalam berkas yang lain. Dengan sumber cahaya biasa hal ini hanya mungkin jika dua berkas telah dihasilkan dalam bagian yang sama dari sumber.

Tidak-koleransi temporal merupakan karakteristik dari berkas tunggal cahaya,sedangkan tidak-kolerensi sepesial berkenaan dengan hubungan antara dua berkas cahaya yang terpisa. Dua berkas cahaya yang berasal dari bagian bagian berbeda dari sumber telah di pancarkan oleh kelompok kelompok atom yang berbeda. Masing maing berkas tidak akan koheren-waktu dan akan mengalami perubahan fase acak sebagai akibatnya beda fase antara dua berkas juga akan mengalami perubahan prubahan yang cepat dan acak. Dua berkas yang demikian dikatakan tidak-koheren sepesial (menurut tempat).

Interferensi merupakan minifestasi koherensi. Untuk menghasilkan frinji – frinji interferensi, sangat diperlukan syarat agar gelombang – gelombang tetap koheren yang berinterferensi tersebut tetap koheren selama periode waktu tertentu. Jika salah satu gelombang berubah fasenya, frinji akan berubah menurut waktu. Dengan sumber cahaya alami perubahan sangat cepat dan tidak terlihat adanya frinji.

Cara paling sederhana untuk menghasilkan frinji interferensi adalah menggunakan cara yang digunakan dalam percobaan dua-celah.
Dalam percobaan ini Young menggunakan satu sumber sebagai asal dua seumber yang membeda. Cahaya dari sumber S melewati celah A dan kemudian melewati dua lubang kecil yang dibuat dalam layar B. Hubungan fase antara pulsa – pulsa berurutan tetap dan frinji interferensi dihasilkan pada layar C. Kita harus teliti agar celah A sangat kecil dibandingkan dengan ukuran frinji. Jika tidak, frinji yang dihasilkan oleh bagian – bagian yang berbeda dari celah akan tumpang – tindih dan memberikan penerangan yang rata. Hal ini tidak akan terjadi jika gangguan – gangguan pada titik – titik berbeda sepanjang berkas terkolerasi, yakni jika ada koherensi special.

Dalam praktek, untuk titip P pada permukaan gelombang terdapat daerah terhingga disekitarnya, yang setiap titik di dalamnya akan mempunyai korelasi fase yang baik dengan titik P. Dengan satu lubang-sempit (pin-hole) tetap dan menggerakkan lubang-sepmit, dapat terlihat setiap pengurangan penampakan frinji. Daerah permukaan gelombang dimana lubang-sempit dapat digerakkan dan frinji tetap terlihat dinamakan daerah koheren dari gelombang cahaya dan merupakan ukuran dari koherensi special atau koherensi melintang (transverse) dari gelombang. Hal ini menandakan perubahan koherensi menurut ruang (special) sepanjang permukaan-gelombang dalam arah melintang terhadap arah perambatan. Dari pandangan ini, maka koherensi temporal dikenal sebagai koherensi longitudinal.

           Ukuran dari kekontrasan frinji yang dinamakan penampakan prinji juga digunakan sebagai ukuran koherensi.

Michelson mendefinisikan penampakan frinji (fringe visibility) sebagai berikut  

Di mana E_maks adalah energy relatife dari frinji terang dan E_min adalah energy dalam frinji gelap di sebelahnya. Jika frinji dihasilkan berkas koheran denagn amplitudo yang sama,penampakan frinji saam dengan satu (E_min =  0); sedangkan frinji yang dihasilakn oleh tidak-koheren penampakan sama dengan nol; (E_maks = E_min),yakin tidak ada frinji. Penampakan frinji memenang terlihat dalam laboratorium,namun,kurang dari satu,bahkan walaupun denagn gelombang gelombang yang sama amplitudonya. Karena itu,jelasnya hanya gelombang koheren sebagaian yang ada dalam kenyataan.

Zermike mendefinisikan tingkat koherensi (degree of coherence),V₂,sama dengan penampakan frinji jika jarak lintasan antara berkas berkas itu kecil dan amplitudonya sama,dan ini merupakan syarat yang paling baik untuk menghasilkan frinji. Dalam percobaan Young,penamakan frinji dapat diambil sebagai ukuran langsung tingkat koherensi cahaya pada dua lubang. Menurut pengalaman,jika V₂ > 0,85, maka dua sumber sekunder tersebut dilihatkan sanagat koheran. Dapat ditunjukan,bahwa hanya cahaya yang monokromatis sempurna yang koheren sama sekali baik dalam waktu(temporal) maupun dalam (sepesial).

Pembahasan samapai saat ini sangat ideal,karena telah kita misalkan,bawah kelompok gelombang di hasilkan oleh sumber tetap merupakan gelombang simis sempurna selama waktu tertentu. Namun,hanya dalam buku saja dikatka bahwa cahaya mempunyai gelombang sinusoidal. Dalam kenyataanya frekuensi dapat berubah pelan dan acak menurut waktu disekitar frekuensi-pusat ώ0 dan lebar-pita (band width) sehingga ditentuka bahwa selang frekuensi antara sampai  terdiri dari bagian tersebar energy radiasi.

Sepanajang interval waktu yang lebih pendek dari pada waktu satu gelombang,satu paket gelombang,gelombang akan muncul sebagai sinusoidal murni(gambar 5.3). waktu rata rata dimana terjadi pancaran sinusoidal ideal dinamakan waktu koherensi  T_c. panjang yang bersangkutan L_c = cT_c  dimana c kecepatan cahaya dinamakan panjang koherensi sesudah waktu T_c , tidak korelasi antara fase dari gelombang.