Spektroskop adalah alat untuk melihat spektrum cahaya. Spektrum itu sendiri adalah sebuah kata dari bahasa Latin yang artinya “hantu”, hiii…
Lalu apa itu cahaya? Wah, kelewatan deh kalau tidak tahu ini…
Pertama-tama, cahaya adalah gelombang. Setuju? Betul jika ada yang bilang cahaya adalah partikel, tetapi cahaya juga merupakan suatu bentuk gelombang. Gelombang mempunyai frekuensi, panjang gelombang, dan kecepatan. Cahaya dengan panjang gelombang tertentu memiliki warna tertentu juga. Misalnya, 650 nm adalah warna merah, sedangkan 400 nm adalah warna biru. Nilai panjang gelombang yang lain menentukan warnanya, seperti yang terdapat pada pelangi. Selanjutnya, cahaya bisa dicampur. Misalnya, campuran semua warna pelangi menjadi putih, sedangkan merah dicampur hijau menjadi kuning.
Spektrum merupakan susunan warna-warna yang menghasilkan suatu warna. Warna merah dan hijau yang dicampur dengan intensitas yang sama akan menjadi warna kuning. Jika hijaunya sedikit, hasilnya adalah warna oranye. Demikian pula, cahaya putih matahari, lampu fluoresens (“neon”), LED putih, putih layar komputer tersusun atas komposisi warna-warna yang (mungkin) berbeda. Misalnya, cahaya matahari merupakan campuran semua warna ungu sampai merah dengan intensitas yang sesuai pola radiasi benda hitam, tetapi dengan sedikit perubahan. Pada nilai-nilai panjang gelombang tertentu ada sedikit pelemahan. Ini disebut sebagai garis Fraunhofer. Sementara itu, warna putih lampu “neon” ternyata merupakan campuran tiga nilai panjang gelombang saja yang dominan, yaitu biru sekian nanometer (nm), hijau sekian nm, dan jingga sekian nm. Ini menunjukkan bahwa lampu “neon” tidak berisi gas neon, tetapi gas raksa.
Foto di atas diambil oleh penulis menggunakan kamera saku. Hasilnya agak berbeda jika dilihat langsung karena kameranya hanya memiliki sensor cahaya merah, hijau, biru (RGB). Warna kuning dan ungu dengan demikian tidak bisa tertangkap. Sebenarnya ada satu garis lagi di daerah jingga. Jadi, bisa dibilang bahwa spektrum adalah uraian dari campuran berbagai cahaya (lebih tepatnya adalah berbagai energi).
Udah ah, kepanjangan! Langsung aja kasih bagaimana cara membuat spektroskop sendiri!
Oke-oke, sabar sedikit. Sekarang kita uraikan cara membuat spektroskop. Sebagai langkah awal, kita memerlukan sesuatu yang bisa menguraikan cahaya campuran menjadi pelangi. Prisma tentu saja bisa dipakai, hanya saja sulit didapat. Kisi difraksi juga bisa dipakai, karena benda ini juga bisa menguraikan spektrum cahaya. Rumusnya adalah:
d adalah jarak antara tiap celah pada kisi, adalah sudut keluarnya cahaya, sedangkan λ merupakan panjang gelombang. Koefisien m adalah bilangan bulat yang menunjukkan orde difraksi. Nol artinya tidak ada pembelokan cahaya, satu berarti pola pertama dan seterusnya. Ini artinya cahaya yang panjang gelombangnya berbeda akan dibelokkan pada sudut yang berbeda pula. Inilah yang menghasilkan penguraian spektrum.
Kisi difraksi “beneran” yang biasa ada di laboratorium itu lebih langka daripada prisma, tetapi bisa juga dibuat dengan tangan kita sendiri. Bahan yang diperlukan adalah sebuah CD atau DVD kosong. Potong dengan gunting besar.
Dalam sebuah cakram optik terdapat jalur-jalur melingkar. Jika diambil sepotong arah radial seperti pada gambar di atas, kita bisa memperoleh sekeping plastik dengan jalur-jalur yang rapat. Jalur-jalur inilah yang berfungsi sebagai kisi difraksi. Jarak antarjalur adalah 1,6 mikrometer pada CD dan 740 nanometer pada DVD. Dengan kisi difraksi ini, spektrometer dapat langsung dibuat. Sebaiknya gunakan DVD karena jalurnya lebih rapat sehingga menghasilkan sebaran spektrum yang lebih lebar sudutnya, yaitu sekitar 45 derajat.
Gunakan segenap kemampuan prakarya untuk membuat kotak seperti ini dari karton dupleks. Perhatikan, kisi tegak lurus sinar datang, tetapi sinar terdifraksi bersudut sekitar 45 derajat.
Kalau bentuk seperti ini dirasa kurang bagus, ada pilihan lain. Belah DVD dengan pisau, ambil bagian bawahnya (yang tidak ada label). Kalau kepingan ini masih terlihat mengilap dari bawah, berarti perlu diproses lebih lanjut. Gunakan selotip untuk mengelupaskan lapisan mengilap ini, yang tadinya ada di tengah DVD. Sekarang kepingan plastik seharusnya menjadi transparan, tetapi ia bisa tetap menghasilkan pola pelangi. Kisi difraksi ini bisa dipasang pada kotak seperti gambar di bawah.
Hasil akhir dari seluruh proses pembuatan spektroskop dapat dilihat pada gambar di bawah. Sangat sederhana, tetapi fungsinya cukup canggih.
Masih kurang jelas? Oke, kalau begitu mudah-mudahan gambar proses pembuatan spektroskop langkah demi langkah berikut ini bisa lebih mudah dipahami.
Akhirnya, dengan alat ini bisa dilakukan percobaan pengamatan spektrum berbagai sumber cahaya. Beberapa sumber cahaya yang bisa dicoba adalah:
- Matahari, langit biru, langit merah
- Lampu bohlam berbagai warna dan ukuran
- Lilin, api gas, petromaks, api las karbit, api las listrik
- Lampu fluoresens (“neon”) berbagai merek dan warna
- Lampu kuning penerangan jalan (natrium)
- Laser pointer (awas kena mata!)
- LED merah, kuning, hijau, biru, ungu, putih, televisi CRT, TV plasma, layar LCD
- Bunga api listrik, kilat (gimana lihatnya ya?)
- Lampu neon betulan (warnanya merah)
- Tabung lucutan gas: hidrogen, helium, neon, argon, raksa, cadmium, dan natrium
- Kunang-kunang (wow?!)
Menyenangkan, bukan?
Catatan:
Tulisan ini diterbitkan ulang oleh penulis dengan beberapa perubahan dari salah satu arsip artikelnya di komunitas 102FM ITB.
Bahan bacaan:
- http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrum
- http://ioannis.virtualcomposer2000.com/spectroscope/toyspectroscope.html
- http://electronics.howstuffworks.com/dvd2.htm
- E. Widiatmoko dkk, Simple spectrophotometer using common materials and digital camera, Phys. Ed. 46, 332 (2011): http://iopscience.iop.org/0031-9120/46/3/014
Penulis:
Eko Widiatmoko, peneliti di laboratorium fisika instrumentasi, Departemen Fisika ITB, dan pengajar fisika di SMA Aloysius, Bandung. Kontak: e_ko_w(at)yahoo(dot)com.
