Halo - Efek Optik

Halo adalah efek optik yang biasanya terlihat di tempat dingin seperti Alaska, kutub utara atau di daerah di mana badai sedang besar atau cuaca buruk. Disebabkan oleh partikel es tergantung di troposfer yang membiaskan cahaya dengan spektrum warna sekitar bulan atau matahari.

Biasanya halo cenderung memiliki warna kemerahan dan biasanya berwarna kuning, hijau dan biru.

Halo, dalam bahasa dan tulisan Latin ἅλως, juga disebut sebagai nimbus atau gloriole. Halo merupakan fenomena optik yang menampilkan bentuk cincin di sekitar sumber cahaya. Di alam biasanya kita lihat saat bulan purnama atau saat matahari terang di siang hari.

Fenomena tersebut terjadi akibat refleksi dan refraksi cahaya matahari/bulan oleh kristal-kristal es yang terdapat di awan cirrus, awan yang terletak di tingkatan atmosfer yang disebut troposfer, sekitar 5-10 km dari permukaan bumi.

Pada umumnya halo melibatkan putaran radius 22° halo dan sundogs (Parhelia). Dalam gambar diatas, menunjukan matahari di kelilingi oleh 22° halo dan dilambungi (sisi) oleh sundogs. Parhelic circle adalah biasan cahaya kristal yang melepasi sundogs dan mengelilinginya. Kadangkala ia melapisi keseluruhan ruang langit dalam latitut yang sama dengan matahari. Pembinaan tangen ketinggian dan rendah (Upper Tangent arc and Lower Tangent arc) menyentuh secara terus dengan 22° halo sama ada di atas atau dibawah matahari. Pembuatan Lengkungan (Circumzenithal arc) akan terjadi di atas kristal tersebut.

Radius 22° gerhana matahari tidak kelihatan. Ia seperti helaian yang berlapis-lapis atau habuk pada permukaan awan cirrus yang nipis. Awan ini sejuk dan mengandung kristal es walaupun pada iklim yang sangat panas.

Gerhana matahari sangat besar, selalu mempunyai diameter yang sama dalam posisinya di langit. Kadang-kadang hanya sebagian saja yang muncul. Semakin kecil cincin cahaya yang terbias muncul mengelilingi matahari atau bulan, dihasilkan oleh corona dari lebih banyak tetesan air daripada dibiaskan oleh kristal es, hal ini bukan berarti menunjukkan bahwa hujan akan turun.

Saat awan cirus hanya merefleksikan dan merefraksikan cahaya matahari, biasanya halo yang terbentuk hanya cincin yang tak berwarna. Namun jika pada sudut yang tepat, bisa terjadi juga dispersi sehingga cincin yang terjadi juga berwarna seperti halnya pelangi. Contoh refraksi yang sederhana adalah saat anda melihat sedotan dalam gelas berisi air terlihat patah, atau permukaan dasar kolam yang terlihat menjadi lebih dekat ke permukaan daripada yang sebenarnya.

Refleksi yang terjadi saat cahaya melewati titik air, es atau kristal yang transparan hanya terjadi pada sudut tertentu saja. Sudut ini ditentukan oleh index refraksi medium tersebut. Contoh sederhana saat kita melihat akuarium pada sudut tertentu kaca akuarium yang tembus pandang tiba-tiba menjadi cermin, memantulkan bayangan isi akuarium.

Pada gambar dibawah ini, juga terlihat adanya halo pada cahaya lampu di daerah yang bersalju:

Pelangi Api dari Kristal Es

Definisi pelangi api atau nama lainnya circumhorizon arc adalah sebuah fenomena optik yang dibentuk dari kristal es berwujud piring yang berada di sekitar awan yang melingkar. Bentuk munculnya pelangi api ini kelihatan besar,indah,dan tentu saja berwarna-warni seperti pelangi dan sejajar dengan cakrawala dengan pusatnya di bawah matahari. Warna merah adalah warna yang selalu berada di paling atas. Pelangi api sering kali terjadi ketika awan membentuk lingkaran kecil dan hanya fragmen busur yang terlihat.

Fenomena pelangi api ini merupakan fenomena yang langka. Kejadian pelangi ini berawal dari lingkaran dibentuk oleh sinar matahari yang masuk berorientasi horisontal dengan kristal es heksagonal datar melalui sisi vertikal dan keluar dengan bentuk horisontal sehingga terjadi pelangi api tersebut. 

Fenomena “pelangi api” muncul ketika matahari sedang tinggi di langit (lebih dari 58` di atas cakrawala). Cahayanya kemudian melewati awan cirrus yg terdiri dari keping-keping kristal es heksagonal. Sinar matahari yang memasuki sisi vertikal kristal awan akan tertinggal di bagian bawahnya dan dibiaskan seperti ketika cahaya melalui prisma. Sinar ini lalu dipisahkan menjadi berbagai warna. Ketika keping kristal di awan cirrus selaras secara optimal atau sejajar dengan tanah, maka awan ini akan menampilkan proses pemecahan cahaya yang membentuk fenomena seperti pelangi.

Cahaya yang dibiaskan akan memperlihatkan suatu spektrum brilian dari warna-warna yang tampak cantik seperti pelangi berbentuk unik menyerupai nyala api sehingga dinamai “PELANGI API” atau “circumhorizon arch”.

Jadi bagaimana Pelangi Api Terbentuk? Melalui pengamatan dan studi, ahli meteorologi telah menemukan kondisi yang tepat yang dapat menimbulkan kebakaran pelangi atau CHM. Sebab jika pelangi api terbentuk, Matahari selalu berada tinggi di langit; sering diamati berada pada sudut elevasi dari 58 derajat atau lebih. Juga diperlukan adanya awan cirrus yang memiliki sejumlah besar, bentuk lempengan kristal es seperti yang dijelaskan di atas.

Penting juga posisi Anda untuk berada di lokasi yang tepat agar dapat melihat pelangi api. Sebuah fakta diketahui, bahwa pelangi api tidak akan terlihat pada posisi utara 55 derajat Lintang Utara atau Selatan dari 55 derajat Lintang Selatan.

Pemantulan Internal Sempurna Pada Serat Optik

Pemantulan internal sempurna adalah pemantulan yang terjadi pada bidang batas dua zat bening yang berbeda kerapatan optiknya.

• Cahaya datang yang berasal dari air (medium optik lebih rapat) menuju ke udara (medium optik kurang rapat) dibiaskan menjauhi garis normal (berkas cahaya J).
• Pada sudut datang tertentu, maka sudut biasnya akan 90^o dan dalam hal ini berkas bias akan berimpit dengan bidang batas (berkas K). Sudut datang dimana hal ini terjadi dinamakan sudut kritis (sudut batas). Sudut kritis adalah sudut datang yang mempunyai sudut bias 90^o atau yang mempunyai cahaya bias berimpit dengan bidang batas.
• Apabila sudut datang yang telah menjadi sudut kritis diperbesar lagi, maka cahaya biasnya tidak lagi menuju ke udara, tetapi seluruhnya dikembalikan ke dalam air (dipantulkan) (berkas L).

Peristiwa inilah yang dinamakan pemantulan internal sempurna Syarat terjadinya pemantulan internal sempurna :

• Cahaya datang berasal dari zat yang lebih rapat menuju ke zat yang lebih renggang.
• Sudut datang lebih besar dari sudut kritis.

Peristiwa pemantulan sempurna dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, salah satunya yaitu pada serat optik. Serat optik digunakan pada alat telekomunikasi atau bidang kedokteran. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan percakapan telefon, sinyal video, dan data komputer.

Pemantulan Sempurna pada Serat Optik 

 

Fiber optik atau serat optik adalah sebuah kaca murni yang panjang dan tipis serta berdiameter sebesar rambut manusia. Garis lurus yang keluar dari sumber disebut sinar/cahaya. Pada ruang vakum cahaya akan menembus dengan kecepatan 300.000 kilometer per detik dalam satu garis lurus dan cahaya itu akan memiliki kecepatan yang lebih rendah bila melalui material seperti udara, air dan gelas. Cahaya digunakan untuk membawa data melalui serat optik. Sinar cahaya harus dijaga selalu berada di dalam serat optik sampai ke tujuan. Sinar harus tidak dibiaskan ke material yang membungkus serat optik. Pembiasan akan menyebabkan hilangnya sebagian energi dari cahaya tersebut. Dengan mengontrol kedua kondisi tersebut, serat optik akan melakukan pemantulan sempurna.

Jadi, pemantulan internal sempurna adalah prinsip di balik serat optik. Sekumpulan serat-serat kaca dan plastik dengan diameter beberapa mikrometer disebut pipa cahaya atau kabel, dan cahaya dapat ditransmisikan sepanjang kabel tersebut dengan hampir tidak ada kebocoran karena adanya pantulan internal sempurna.

 

  

Struktur Serat Optik dan Perambatan Cahaya pada Serat Optik

Gambar 1 di bawah merupakan struktur dasar dari sebuah serat optik yang terdiri dari 3 bagian : core (inti), cladding (kulit), dan coating (mantel) atau buffer (pelindung). Inti adalah sebuah batang silinder terbuat dari bahan dielektrik  bahan silika (SiO₂), biasanya diberi doping dengan germanium oksida (GeO₂) atau fosfor penta oksida (P₂O₅) untuk menaikan indeks biasnya yang tidak menghantarkan listrik, inti ini memiliki jari-jari besarnya sekitar 8 – 200 µm dan indeks bias n₁, besarnya sekitar 1,5. Inti di selubungi oleh lapisan material, disebut kulit, yang terbuat dari bahan dielektrik (silika tanpa atau sedikit doping), kulit memiliki jari-jari sekitar 125 - 400 µm indeks bias-nya n₂, besarnya sedikit lebih rendah dari n₁.

                                             Gambar 1 Struktur dasar Serat Optik

Walaupun cahaya merambat sepanjang inti serat tanpa lapisan material kulit, namun kulit memiliki beberapa fungsi :

·         Mengurangi cahaya yang loss dari inti ke udara sekitar.

·         Mengurangi loss hamburan pada permukaan inti.

·         Melindungi serat dari kontaminasi penyerapan permukaan.

·         Menambah kekuatan mekanis.

 Untuk pelindungan tambahan, kulit dibungkus oleh lapisan tambahan (terbuat dari plastik jenis tertentu) yaitu mantel atau buffer untuk melindungi serat optik dari kerusakan fisik. Buffer bersifat elastis, mencegah abrasi dan mencegah loss hamburan akibat microbends.