마이켈슨간섭계 결과

본문내용

간섭무늬를 형성할 것이다. 이 때 은 광원의 가간섭 거리보다 반드시 작아야한다. 이것이 가간섭 거리가 긴 레이저광을 이용하면 간섭무늬를 쉽게 볼 수 있는 이유이다.
3. 실험 방법
① 아래 그림과 같이 수평 광학대에 마이켈슨간섭계를 장치한다. 아래 그림처럼 기구를 배치 할 때 기구들을 제대로 정렬하기 위해서 우선 수은등에서 나온 빛이 두 거울에 골고루 비치도록 수평을 맞춘다.
② 거울의 방향, 수은등의 방향 등을 서로 수직이 되도록 적절히 조정하면 수은등에서 나오는 빛은 두 빛으로 나뉘어져 스크린에 도달하였다. 이때 거울 틀에 붙어
있는 조절나사를 조절하여 두 점이 정확하게 일치되도록 한다.
③ 이 상태에서 수은등에서 나오는 빛이 구면파를 이루도록 하였다.②의 과정이 정확하게 되었으면 스크린에는 원형의 간섭무늬가 나타난다. 만일에 간섭무늬가 되었으면 스크린에는 원형의 간섭무늬가 나타난다. 만일에 간섭무늬가 찌그러졌다든지 직선에 가까우면 거울 1 등의 방향을 미세 조정하여 원의 중심이 스크린의 가운데에 있는 원형이 되도록 조절한다.
④ 거울 2쪽에 달려있는 마이크로미터를 천천히 돌리면서 원형무늬의 변화를 관측한다.
⑤ 마이크로미터를 계속 돌리면서 간섭무늬가 오므라드는(혹은 퍼져 나가는) 무늬의 개수를 세어 준다. 시작할 때 마이크로미터의 눈금을 읽고, 끝날 때 읽어 거울의 이동거리도 구한다.(참고 : 마이크로미터 한 눈금은 0-01㎜, 거울의 움직임은 , 따라서 마이크로미터 한 눈금 이동시 거울은 2㎛ 이동.)
⑥ 반대 방향으로 마이크로메타를 움직여서 위와 같은 일을 되풀이한다.
⑦ 그 개수와 거울의 움직인 거리로부터 수은등의 파장을 계산한다.
⑧ 또 수은등 앞에 필터(파란색, 녹색, 노란색, 빨간색)를 끼워 뉴턴 원무늬 개수를 세어 기록한다.
⑨ 간섭무늬의 모양을 카메라로 촬영, 인화한다.
4. 실험 결과
(수은등의 간섭무늬)
m(무늬의 개수)
d()
(nm)
수은등의 파장
오 차
1차 실험
8
2
500nm
492nm
8nm
2차 실험
12
4
667nm
175nm
3차 실험
16
4
500nm
8nm
평균값 (nm)
555nm
63.7nm
① 수은등의 파장 측정
- 1차 실험에서의 (nm)
- 2차 실험에서의 (nm)
- 3차 실험에서의 (nm)
m(무늬의 개수)
d()
(nm)
녹색 필터의 파장
오 차
1차 실험
20
5
500nm
535nm
35nm
2차 실험
16
4
500nm
35nm
3차 실험
20
6
600nm
65nm
평균값 (nm)
533.3nm
45nm
② 녹색 필터의 파장 측정 (577-492)
- 1차 실험에서의 (nm)
- 2차 실험에서의 (nm)
3차 실험에서의 (nm)
m(무늬의 개수)
d()
(nm)
노란 필터의 파장
오 차
1차 실험
20
6
600nm
587nm
13nm
2차 실험
16
5
625nm
38nm
3차 실험
16
4
500nm
87nm
평균값 (nm)
575nm
46nm
③ 노란색 필터의 파장 (597-577)
- 1차 실험에서의 (nm)
- 2차 실험에서의 (nm)
- 3차 실험에서의 (nm)
④ 빨간색 필터의 파장
빨간색 필터를 사용한 경우 무늬를 관찰할 수 없었다.
5. 고찰
이번 실험은 실제로 마이켈슨간섭계를 이용하여 간섭무늬가 어떻게 나오는지를 알아보고 무늬를 이용하여 파장의 길이를 알아보고 우리가 알고 있던 빛의 파장값과 비슷하게 나오는지 알아보는 실험이었다.
우선 간섭계가 굉장히 민감한 실험 기구여서 조금만 움직여도 축이 틀어져서 무늬가 잘 나오질 않았다. 처음에는 회절에 의한 간섭무늬가 잘 보이질 않아 고생을 하였다. 그래서 주의를 기울이며 간섭무늬의 개수를 측정하였다.
필터가 없을 때는 백색광을 측정한 것이기에 우리가 일반적으로 보는 가시광선 영역인 파장 380∼770㎚ 영역이고, 492㎚ 측정되었다. 그리고 노란색 필터의 파장은 570∼500㎚ 영역이고, 587㎚가 측정되었다. 녹색 필터의 파장은 500∼450㎚ 영역이고, 535㎚가 측정 되었다. 마지막으로 빨간색 필터의 파장은 620～770㎚영역이고, 이 경우에는 간섭무늬를 관찰할 수가 없었다.
이렇게 기본적인 파장영역과 차이가 많이 나는 것은 우리 눈으로 간섭무늬의 개수를 정확히 셀 수 가 없기 때문에 간섭무늬의 개수를 정확히 재지 못해 이러한 차이가 생겼다.
이번 실험으로 마이켈슨간섭계를 직접 보고 파장을 측정해보면서 파장의 영역을 다시 알 수 있었다.
6. 참고 문헌
- HECHT 광학 조재홍, 장수, 황보 창권

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마이켈슨,   간섭계,   간섭무늬