Optik adalah cabang fisika yang melibatkan studi tentang cahaya dan interaksinya dengan materi. Ini mencakup perilaku dan sifat cahaya, termasuk interaksinya dengan material dan konstruksi instrumen yang menggunakan atau mendeteksinya. Optik adalah dasar dari banyak bidang seperti astronomi, teknik, fotografi, dan ilmu penglihatan.
Cahaya adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik yang terlihat oleh mata manusia. Ia berperilaku baik sebagai gelombang maupun sebagai partikel, sebuah konsep yang dikenal sebagai dualitas gelombang-partikel. Sebagai gelombang, cahaya dicirikan oleh panjang gelombangnya ( \(\lambda\) ) dan frekuensi ( \(f\) ), yang berbanding terbalik dengan kecepatan cahaya ( \(c\) ) melalui persamaan \(c = \lambda \cdot f\) . Sebagai partikel, cahaya terdiri dari foton yang membawa energi.
Refleksi adalah proses dimana cahaya memantul dari suatu permukaan. Hukum pemantulan menyatakan bahwa sudut datang ( \(\theta_i\) ) sama dengan sudut pantul ( \(\theta_r\) ). Hal ini dapat dinyatakan sebagai \(\theta_i = \theta_r\) .
Pembiasan adalah pembelokan cahaya ketika berpindah dari satu medium ke medium lain yang indeks biasnya berbeda. Hukum Snell menjelaskan fenomena ini dan diberikan oleh \(n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2)\) , di mana \(n_1\) dan \(n_2\) adalah indeks bias media dan \(\theta_1\) dan \(\theta_2\) masing-masing adalah sudut datang dan bias.
Lensa dan cermin adalah perangkat optik yang memanipulasi cahaya melalui pemantulan dan pembiasan untuk membentuk gambar. Lensa adalah benda transparan dengan permukaan melengkung yang membiaskan cahaya. Tergantung pada bentuknya, mereka dapat menyatu (memfokuskan sinar cahaya) atau menyimpang (menyebarkan sinar cahaya) cahaya. Panjang fokus ( \(f\) ) sebuah lensa adalah ukuran seberapa kuat lensa tersebut mengumpulkan atau menyebarkan cahaya dan dihitung menggunakan rumus pembuat lensa \(\frac{1}{f} = (n-1)\left(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}\right)\) , dengan \(n\) adalah indeks bias bahan lensa, dan \(R_1\) dan \(R_2\) adalah jari-jari kelengkungan permukaan lensa.
Cermin , di sisi lain, adalah permukaan reflektif. Bentuknya bisa datar (cermin datar), atau melengkung (cermin bulat). Cermin lengkung juga dapat bersifat konvergen (cermin cekung) atau divergen (cermin cembung). Panjang fokus cermin bulat diberikan oleh \(f = \frac{R}{2}\) , dengan \(R\) adalah jari-jari kelengkungan cermin.
Difraksi adalah pembelokan cahaya di sekitar sudut penghalang atau bukaan. Ini menunjukkan sifat gelombang cahaya dan paling menonjol ketika ukuran penghalang atau bukaan sebanding dengan panjang gelombang cahaya. Pola difraksi dapat dihitung dengan rumus \(\sin(\theta) = \frac{m\lambda}{d}\) , dengan \(m\) adalah orde maksimum, \(\lambda\) adalah panjang gelombang, dan \(d\) adalah lebar celah.
Interferensi adalah fenomena di mana dua gelombang atau lebih saling bertumpang tindih sehingga membentuk gelombang resultan dengan amplitudo lebih besar, lebih rendah, atau sama. Interferensi konstruktif terjadi ketika gelombang berada dalam satu fase sehingga menghasilkan amplitudo maksimum, sedangkan interferensi destruktif terjadi ketika gelombang berada di luar fase sehingga menghasilkan amplitudo minimum. Pola interferensi dari dua celah dapat digambarkan dengan \(\Delta y = \frac{\lambda L}{d}\) , dimana \(\Delta y\) adalah jarak antara pinggiran terang, \(L\) adalah jarak ke layar, dan \(d\) adalah jarak antara dua celah.
Spektrum elektromagnetik mencakup semua jenis radiasi elektromagnetik. Cahaya tampak hanyalah sebagian kecil dari spektrum dan diapit oleh sinar ultraviolet (UV) di satu sisi dan sinar inframerah (IR) di sisi lain. Spektrumnya berkisar dari sinar gamma dengan panjang gelombang sangat pendek hingga gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Setiap jenis radiasi elektromagnetik memiliki kegunaannya masing-masing, mulai dari pencitraan medis (sinar-X) hingga komunikasi nirkabel (gelombang radio).
Optik memiliki banyak aplikasi di berbagai bidang. Dalam kedokteran, instrumen optik seperti mikroskop dan endoskopi memungkinkan pemeriksaan jaringan secara mendetail. Dalam komunikasi, serat optik menggunakan prinsip refleksi internal total untuk mengirimkan informasi sebagai pulsa cahaya jarak jauh. Dalam kehidupan sehari-hari, kamera, kacamata, dan lensa kontak membantu kita menangkap gambar, mengoreksi penglihatan, dan melihat dunia dengan lebih jelas.
Kesimpulannya, bidang optik memainkan peran penting dalam memahami perilaku cahaya dan interaksinya dengan materi. Ini menggabungkan konsep fisika dasar dengan aplikasi praktis, sehingga berdampak signifikan pada teknologi, sains, dan kehidupan kita sehari-hari.
