편광실험

소개글

편광실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험이론
(1) 실험개요
(2) 실험이론
1) 빛과 전자기파
2) 편광
① 개념
② 편광의 원리
③ 편광의 종류
3) 편광기
4) LCD - 편광의 응용
① 복굴절
② 이색성
③ 반사와 산란

2. 실험방법
(1) 실험장치
(2) 실험설계

3. 결과 및 고찰
(1) 실험결과
(2) 고찰

본문내용

입)
※기준 Polarizer 각이 50°인데 Analyzer 각 50°에서 최대값이 나오지 않는 이유는 Polarizer 50° 수치가 상대값이기 때문이다

표와 그래프를 통해 LCD 미투입시와 투입시의 Intensity 최대값 최소값이 약 90° 차이로 나타나는걸 알수 있다.
(2) 고찰
① 전류의 세기를 측정할 때, 빛의 파동성으로 인해, 측정계가 일정한 수치를 유지하지 못하고 계속적으로 유동하였다.
② 빛의 파동성에 의한 수치의 변동일 수도 있겠으나, 실험 환경 요건에도 문제가 있었다. 즉, 주변의 빛의 영향으로도 전류의 크기 변동에 영향을 미쳤을 것이라 생각한다.
-> 이러한 오차 때문에 그래프가 완벽한 좌우 대칭을 보여주지 못했다.
③ 또, 주목할 점은 Laser를 차단하고 각도를 수정하는 과정에서, 개폐를 반복하는 과정 또한 실험에 오차를 더해주지 않았을까하는 판단이 선다. Laser가 단단히 고정되어 있지 않아 조작하는 과정에서 레이저에 조금의 흔들림이 있었고, 이는 광축의 변화를 주었을 것이다. 이 미묘한 변화는 측정되는 수치뿐만 아니라, 거리 변화에 따른 측정에도 영향을 주었을 것이라 생각된다.
결국, 편광(Polarization)이란 쉽게 말하면 전기장의 방향이 일정한 방향으로 놓이게 되는 것을 말하는데 이는 원래 빛이 사방 모든 방면으로 전기장이 놓이게 되는데 이 전기장 중에서 일정한 방향의 전기장만을 가려내는 것을 편광이라고 한다.
편광 된 빛과 위상 변화에 의해 편향된 빛이 45˚차이가 날 때 원편광이 발생하는 이유는 두 파의 위치가 90˚만큼의 위상차가 있어서 합성파는 원평광이 된다.
* 완전한 소광이 일어나지 않는 이유는?
▶ 잔상효과가 완전한 소광이 일어나는 것을 방해하는 요인이 된다고 생각한다. 잔상효과란 일련의 정지영상을 고속으로 움직일 때 하나의 움직이는 영상으로 간주하는 눈의 능력이다. 이것은 다른 조각(그림)이 나타날 때까지 망막에 각각의 자국이 남아 있으므로 해서 영상의 겹침이 일어난다. 이 현상은 쪼개어진 하나 하나의 영상을 생생히 계속되는 영화로 보는 것을 가능하게 한다.
이런 잔상효과로 인해서 LCD에서도 단점으로 나타나는 것으로 알고 있다. 그래서 이런한 문제점을 개선하기 위해서 잔상효과를 줄이기 위해 응답속도를 개선하는 문제에 관심을 두고 있다.
* Polarizer와 Analyzer 사이에 LCD를 투입한 후 Analyzer의 각변화에 상관없이 Photometer 측정값에 0이 안나오는 이유
빛을 서로 수직으로 진동하고 있는 전자기장으로 구성된 전자기파로 표현할 수 있다. 아래 그림에서 왼쪽그림은 XY-평면에서 전기장이, XZ-평면에서 자기장이 x-방향으로 진행하는 것을 보여준다. 오른쪽 그림은 파가 진행하고 있는 것을 보여준다. 전통적으로 자기장 성분은 본질적으로 전기장과 같기 때문에 단지 전기장 벡터만을 다룬다.
일반적으로 백색광은 모든 가능한 각으로 진동하는 파들로 구성된다. 만일 빛이 특정한 한 평면 내에서 진동한다면 빛이 선형 편광 되었다고 말한다. 편광자(polarizer)라는 것은 빛을 특정한 각으로만 투과하도록 만든 것이다. 편광자를 통과한 방향을 \"easy\" 축이라고 말한다.
만일 두 개의 편광자가 같은 편광방향으로 연속적으로 놓여 있다면 빛은 둘 다 통과한다. 하지만, 편광방향이 서로 수직으로 놓여있다면 첫 번째 편광자를 통과한 빛은 두 번째 편광자를 통과하지 못한다. 각을 0°에서 90°까지 돌리면 빛은 점차 감소하게 될 것이다. 이 효과를 아래그림으로 설명하였다. 위 그림은 편광자가 평행한 경우이고, 아래의 그림은 서로 수직한 경우이다.
선형편광은 단순히 원형편광된 빛의 특수한 경우로 간주할 수 있다. 하나는 YZ-평면에 또 하나는 XY-평면에 편광된 빛을 생각해 보자. 만일 파가 위상이 같다면 이 두 벡터의 합은 45°기울어진 선형편광된 빛이 될 것이다. 이것을 그림으로 그리면 아래와 같다.
유사하게, 만일 두 파가 180°만큼 위상차이가 난다면 합성파는 반대방향으로 45°기울어진 파가 될 것이다.
만일 두 파가 90°위상차가 있다면 즉 하나의 파가 최대일 때 수직한 파는 최소가 된다면, 합성파는 원형편광이 될 것이다. 합성파의 전기장 벡터가 파가 진행할 때 원점을 주위로 회전을 한다. 아래그림은 이 결과를 설명하고 있다.
위상차가 인 경우를 제외한 대부분의 일반적인 경우에는 전기장 벡터의 자취가 타원형이기 때문에 타원편광이라고 부른다.
복굴절 결정에서 편광된 빛의 분리 (P:편광자, A:분석자)
만약 각 가 0°, 45° 또는 90°가 아닌 경우에는 선편광과 원편광이 나타나지 않고 타원편광으로 나타나게 된다. 타원편광의 경우에는 다음으로 기술되어진다.
: x- 방향
: y- 방향
그러므로 analyser를 회전시키면 최대와 최소를 연결하는 다음의 비율을 가지는 intensity가 각 에 따라 얻게 된다.
그러므로 우리가 각와 어떤 각이 되도록 두든지 다음의 관계식은 만족하게 된다.
* LCD를 쓰면 원편광, 타원편광 등이 나타난다. 그 이유는
▶ LCD는 입사하는 빛의 각도에 따라 다양한 편광상태를 만들어 내게 된다. 입사하는 빛이 x축에 45°기울어져 있다면, π/2의 위상차를 가지게 되어 원편광이 나타나게 된다. 임의의 각으로 기울어져 있다면, x와 y의 두 편광 성분의 크기가 달라져 타원편광을 가지게 된다.
그리고 나머지의 위상지연각의 경우에는 타원편광이 발생하는데 그 이유는 두 파의 위상차가 nπ/2를 제외한 경우 전기장벡터의 자취가 타원형이기 때문이다
위상지연이 없는 두 빛이 0˚나 90˚의 편향차가 날 경우에는 두 선평광자와 같은 각을 가지므로 선평광이 발생한다.
요약해보면,
①위상 편향자가 없을 때는 선편광
②위상 편향자가 1개 일 때는 0°와 90°일 때는 선편광
③위상 편향자가 45°일 때는 원편광
④위상 편향자가 30°와 60°일 때는 타원편광
의 형태를 각각 가지게 된다.
이번 실험에서 이론과는 달리 정확한 편광이 나타나지 않았다. 레이저 안정의 이유도 있겠지만 투과되는 곳과 디텍터 사이에 정확한 일직선이 이루어지지 않아서인 것 같다.

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편광실험,   편과현상,   편광 특성 실험