[물리학 실험] 빛의 진행- 빛의 반사, 굴절 및 편광

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본문내용

레이저 빛의 파장 : = 6700 Å
에서 이므로,
= 6700 Å / sin 3= 6700 x 10-10 m / 0.052 = 1.28 x 10-2 mm
-차수 n=1 에서 최대세기가 일어나는 위치: 23.5
에돌이 발의 창 간격 : = 1/600 mm
에서 = 1/600 x 0.399 = 0.000665 mm = 6650 Å
5. Discussion
- 빛의 반사 특성 조사 실험
반사의 법칙은 호이겐스의 원리 (파면(wavefront)의 각 점은 이차적인 잔물결들(wavelet)의 파원이 된다)로 설명할 수 있다. 빛은 입사각과 반사각이 같다는 반사의 법칙을 만족한 다. 그런데 이 실험에서 θr/θi 값이 1.0033으로 거의 1이 나왔다.
이 실험을 통해서 반사의 법칙을 확인할 수 있었다.
- 빛의 굴절 특성 조사 실험
빛의 굴절에 관한 법칙으로는 스넬의 법칙이 있다. 이것은 인 경우, 빛이 1매질에 서 2매질로 입사할 때 상대 굴절률이 을 만족한다는 것이다.
그런데 이번 실험에서 매질1 공기의 굴절률을 1로 하여 매질 2인 물의 굴절률을 알아낼 수 있다. 여기서 굴절각과 입사각의 sine값으로 그린 그래프에서 그 기울기가 굴절률이라 고 본다면 물의 굴절률은 1.3194이다. 그런데 직선의 오차의 정도를 알려주는값이 0.9989로 오차가 거의 없음을 나타내고, y절편의 값이 0.0001로 무시할 만하다. 그리고 다른 방법으로 sinθi/sinθr'값을 각 자료마다 구하여 그 평균값을 구해 보았다. 그 결과, 물의 굴절률은 1.3222라는 값이 나왔다. 그런데 실제 이론 값인 물의 굴절률은 1.34이다.
- 빛의 전반사 특성 조사 실험
밀한 매질에서 소한 매질로 굴절이 일어날 때, 즉 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 빛이 진행할 때 입사각이 커지면 더 이상 빛이 투과하지 못하고 경계면에서 모두 반사되는 임계(입사)각이 존재한다. 이를 전 반사 현상이라고 부른다. 임계각을 스넬의 법칙에 의해 구해보면
이다. 여기서 물의 굴절률을 1.34라 두고 임계각을 구해보면 가 나온다.
- 빛샘의 편광 특성 조사 실험
선편광된 빛을 편광 방향과 각도로 기울어진 편광판으로 통과시키면 통과된 빛의 세기는
(은 최대 빛의 세기)
로 줄어드는데 이는 편광판을 통과하는 빛의 전기마당 크기가로 줄어들고, 빛의 세기는 전기마당 크 기의 제곱에 비례하기 때문이다.
편광판의 결방향(편광방향)을 잡고, 그로부터 반시계방향으로 φ°씩 회전시켜가면서 각 경
우 빛의 세기를 측정한다.
다음의 관계식을 증명하기 위하여 x축에는 cos2φ를, y축에는 빛의 세기 I(mV)를 표시하면 위의 그래프와 같이 나타난다.
위 그래프의 직선근사식의 기울기가 I0이 되어야 하는데, 위 그래프만 가지고 볼때에는 근
사가 잘 된 편이라고 볼 수는 없다. (R2값이 0.9에 못미치는 것으로부터 짐작할 수 있다.)
이 그래프가 정확하게 나타나지 못한 것은 V.2.에 제시될 빛 검출기 상의 문제가 아닐 까
싶다. 일단은 기울기값이 6.89로써, 실제값 7.6에 가깝다는 점은 다행스럽다.
실험에 사용된 레이저의 편광방향이 실험대 평면과 평행하다는 것을 실험전후의 상황을 종
합하여 알아낼 수 있다. (ex. 편광판의 편광방향과 실험대 평면이 수직이 될 때, 곧 φ=90°
일 때 I=0이라는 사실로부터 알 수 있다.
- 브루스터의 각 조사 실험
원래 레이저의 빛 자체가 이미 실험대 평면과 평행하게 편광되어 있는 상태이나, 레이저 앞에다 편광판의 편광방향을 실험대 평면과 평행하게 놓으면, 혹시 있을지 모르는 수직방향 오차성분도 완전히 제거해 줄 수 있다.
반쪽 샬레에 비춰주는 입사각을 바꾸어 주다 보면 어느 각도에서 반사광이 없어지는 것을 볼 수 있다. 실험결과에 의하면 이 때의 각도(곧, 부르스터각)는 약 53°이고, 이 상태에서 반사광과 굴절광이 거의 정확하게 90°를 이루는 것을 확인할 수 있었다.
- 빛의 속도 측정 실험
“속도 = 거리/시간” 이다. 실험에서 구한 데이터를 적용시켜 보면 “속도 = 20m / 100ns” 이므로, 광섬유 내에서의 속도는 약 2 x 108 m/s 로 생각해 볼 수 있다.
- 반도체 레이저 빛을 이용한 에돌이 발의 간섭 측정 실험
마지막 실험에서는 레이저 빛의 파장을 알고 있을 때와, 에돌이 발의 창 간격을 알고 있을때의 각각의 경우에서 창 간격과 파장을 구해내 볼 수 있었다. 의 식으로부터, 창 간격과 파장을 앞에서의 실험결과에서 논의한바와 같이 구해볼 수 있었다.

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물리학 실험,   빛의 진행,   빛의 반사,   굴절 및 편광