빛의 회절 및 간섭 실험

목차

1. 목적

2. 실험이론

3. 실험방법

4. 실험결과

5. 분석

본문내용

는 극소점이 나타나고 위와 같은 방법으로 극소세기를 갖는 를 구할 수 있다.
3. 실험방법
1. 회절 간섭 장치를 꾸민 후 레이저를 이용하여 회절, 간섭 무늬를 만들고 슬릿을 바꿔가며 동일한 실험을 진행한다. 이때 슬릿과 스크린 사이의 간격은 585mm이고 레이저의 파장은 633nm 이다.
2. 디지털 카메라로 회절, 간섭무늬를 노출시간을 적당히 길게 하여 촬영한다.
3. Image J를 이용하여 무늬의 강도를 분석한다. 이 때 각각의 픽셀에 대한 빛의 세기의 수치와 그래프를 얻을 수 있다.
4. 엑셀프로그램을 이용하여 실험을 통해 얻은 그래프와 이론값을 통해 그린 그래프를 비교해 보고 분석한다. 이때 이론값은 위 실험이론식들을 가지고 구할 수 있다.
4. 실험결과
빨간 그래프는 실험값에 해당하는 그래프이고
파란 그래프는 이론값에 해당하는 그래프이다.
이론값에 해당하는 그래프의 최대값을 실험값의 그래프의 최대값에 일치시켜
그 모양을 비교하기 쉽게 하였다.
x축은 중심으로부터 ±2cm 이고, y축은 빛의 세기이다.
단일슬릿, 슬릿크기 0.04mm
단일슬릿, 슬릿크기 0.08mm
단일슬릿, 슬릿크기 0.16mm
이중슬릿, 슬릿크기 0.04mm 슬릿간격 0.125mm
이중슬릿, 슬릿크기 0.04mm 슬릿간격 0.25mm
이중슬릿, 슬릿크기 0.08mm 슬릿간격 0.25mm
5. 분석
1. 단일슬릿의 크기가 작을수록 회절무늬의 폭이 넓다. 즉, 첫 번째 어두운 무늬가 나오는 각도가 커지게 된다.
2. 이중슬릿에 의한 무늬는 간섭현상에 의한 무늬와 회절현상에 의한 무늬가 혼합되어 나온 다.
3. 이중슬릿의 간격이 좁을수록 간섭무늬의 폭이 넓다. 즉, 첫 번째 어두운 무늬가 나오는 각도가 커진다.
4. 회절과 간섭은 서로 다른 현상이 아니라 둘 다 파동들의 결합으로 인한 중첩효과이다.
단지 단일 파동면에서 나오는 파동들의 중첩효과를 회절이라 하는 것이고, 일정한 수의 분리된 파동원으로 부터의 중첩효과를 간섭이라 부르는 것뿐이다.
5. 실험값의 그래프와 이론값의 그래프를 비교해보면
(1)전체적인 모양은 이론값과 유사하게 나왔다.
(2)세기의 극대, 극소값에 해당하는 위치는 비슷하게 나왔으나 그래프의 폭이 실험값이 이 론값에 비해 크게 나왔다.
(3)두 번째 극대위치부터는 실험값의 세기가 이론값의 세기보다 상당히 크게 나왔다.
이론값을 구한 후 그 그래프를 실험값 그래프의 중앙 최대값에 맞추었으므로 위의 2,3번 결과는 이론값에 비해 실험값의 빛의 세기들이 더 분산 되어 있음을 나타내는 것이다.
이렇게 빛의 세기들이 분산 되어 있는 원인으로 몇 가지를 꼽으면
첫째, 이론값에서는 레이저의 파장을 정확히 한가지 값인 633nm라고 했지만 실제로는 633nm 근방의 파장의 빛이 슬릿을 통과할 것이므로 이론값 보다는 더 분산된 형태의 그래프가 나올 것이다.
둘째, 카메라의 분해능에는 한계가 있으므로 매우 정확히 어두운 부분과 밝은 부분을 나누어서 상에 맺히게 하는 것에는 한계가 있다. 그러므로 조금 더 분산 된 형태의 그래프가 나올 것이다.

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