목차
1. 실험이론
1) 실험목적
2) 실험이론
(1) 편광
(2) 편광의 원리
(3) 복굴절
(4) 선택흡수에 의한 편광
(5) 복굴절에 의한 편광
2. 실험방법
3. 실험장치
4. 결과 및 고찰
1) 실험계산 및 결과
(1) 실험 계산
(2) 실험 데이터 정리
2) 결과 고찰
5. 참고문헌
6. DATA SHEET
1) 실험목적
2) 실험이론
(1) 편광
(2) 편광의 원리
(3) 복굴절
(4) 선택흡수에 의한 편광
(5) 복굴절에 의한 편광
2. 실험방법
3. 실험장치
4. 결과 및 고찰
1) 실험계산 및 결과
(1) 실험 계산
(2) 실험 데이터 정리
2) 결과 고찰
5. 참고문헌
6. DATA SHEET
본문내용
콜과 같이 긴 사슬 모양의 분자들로 얇은 판을 만들면 긴 사슬 모양의 분자들이 한 방향으로 정렬 하게 된다. 이것을 요오드가 포함된 용액에 담그면 분자들이 긴 사슬 방향으로 전도성을 띄게 되어 편광판이 된다. 이 편광판에 빛이 조사되면, 사슬과 평행으로 진동하는 전기장은 분자가 흡수하고 사슬과 수직으로 진동하는 전기장은 그냥 투과시킨다. 분자의 사슬방향과 수직인 방향을 투과 축이라고 부른다. 이상적인 편광판은 전기장이 투과 축과 수죽으로 진동하는 빛은 모두 흡수하고 투과 축을 따라 진동하는 빛은 투과시킨다.
Fig. 4. 와 같이 비편광된 광을 편광판을 통해 투과시키면 편광된 광이 얻어진다. 다음의 편광판에 입사하는 빛의 진동하는 전기장의 진폭이 E0 이고, 전기장의 진동방향이 편광판의 투과 축과 각 θ만큼 기울어져 있다. 투과 축과 나란한 전기장만이 투과되므로 투과되는 빛의 전기장 진폭은 가된다. 빛의 세기는 진동하는 전기장의 진폭의 제곱에 비례하므로, 입사광의 세기를 I0라 하면, 투과되는 빛의 세기 I는 다음과 같게 된다.
이 식을 말루스의 법칙이라고 한다. Fig. 4.에서 비편광된 빛을 투과시켜 편광된 빛을 얻는데 사용되는 판을 편광판이라고 부르고, 편광된 빛을 투과시켜 편광상태를 검사하는데 사용되는 판을 검광판이라고 구분하여 부르기도 한다.
(5) 복굴절에 의한 편광
일반적으로 등방적인 매질(공기)에 광이 수직으로 입사하면 진행방향이 변화되지 않고 투과된다. 그러나 방해석이나 석영 같은 비등방적 매질에 수직으로 광을 입사시키면 매질의 결정방향에 따라 한 방향이나 두 방향으로 굴절되어 나가게 된다. 비등방적 매질에서 수직으로 입사하는 광의 진행방향이 변화되지 않고 한 방향으로 진행할 때, 매질 안에 광의 진행방향과 나란하게 축을 설정하고 광축이라 한다.
광축과 다른 방향으로 진행하는 광선은 전기 변위 벡터의 성붕에 따라 두 개의 광선으로 분리되어 진행한다. 매질의 광축을 포함하는 가상 면을 주자름면이라고 정의하는데, 입사면을 주자름면으로 선택할 때, 주자름면에 수직인 전기 변위 성분을 갖는 광선은 등방적인 매질 내에서와 동일하게 굴절하여 진행하고, 주자름면과 나란한 전기 변위 성분을 갖는 광선은 등방적인 매질 내에서와 다르게 굴절하여 진행한다. 따라서 처음 광선을 정상광선이라 부르고, 나중 광선을 이상광선이라고 부른다.
물론 정상광선과 이상광선의 굴절률은 서로 다르다. 이상광선의 굴절률이 정상광선의 굴절률보다 작은 결정을 음성결정이라 한다. 석영은 양성결정(n0=1.5425, nE=1.55336) 이고 방해석 음성결정(n0=1.65836, nE=1.48641)이다.
등방적인 매질에서 비등방적인 매질로 광이 수직으로 입사할 때 두 매질의 경계면을 1차파면으로 볼 때, 호이겐스의 원리에 의하면 경계면에 수많은 점광원이 있고, 점광원에서 사방으로 나가는 파면의 포락선이 2차 파면을 만든다. 그런데 비등방적이 매질 안에서는 점광원이 각기 두 개의 파면을 형성한다. 하나는 구면파면을 이루고, 다른 하나는 타원파면이 된다. 따라서 서로 다른 속도로 진행하는 두 개의 2차 파면을 형성하게 된다.
Fig. 5. 는 방해석에 수직으로 입사하는 광선이 굴절되어 나가는 것을 나타냈다. 광축은 점선으로 나타나 있고, 주자름면에 평행인 전기병위 성분은 직선으로, 수직인 전기변위 성분은 원으로 나타냈다. 입사한 광선이 경계면에 수직일 때, 꺽이지 않고 진행하는 광선이 정상광선이고, 굴절되어 나가는 광선이 이상광선이다. 정상광선과 이상광선은 상호 수직으로 선편광되어 있다. 방해석 안에서 이상광선이 정상광선보다 빠르게 진행한다. 즉 이상광선의 굴절률이 정상광선보다 작게 된다. 양성 결정인 석영 안에서는 이상광선의 속도가 느려 타원파면이 구면파 안에 들어가게 된다. 이상광선은 주자름면을 따라 굴절되므로 입사광선을 수직으로 유지하면서 방해석을 돌리면 정상광선은 움직이지 않고 이상광선은 회전된다.
Fig. 6.은 방해석 결정이다. 방해석 결정은 사방정계 결정으로 둔각이 102이고, 예각이 78이다. 삼면이 모두 둔각이 점, A에서 맞 꼭지점, B로 향하는 축이 방해석의 광축이다.
2. 실험방법
Fig. . 와 같이 부품들을 배열한다.
편광판과 검광판의 투과
축을 수직(0-0)으로 정열하고 레이저를 켠 다음 투과광이 최대가
되도록 레이저를 돌린 후 고정한다.
검광판을 시계방향으로 서서히
돌리면서 투과광의 세기의 변화를 관찰한다.
검광판을 돌리면서 투과 광이
사라지는 각도를 관찰하고 기록한다.
3. 실험장치
준비물
광학용 레일
2개
반도체 레이저
1개
편광판과 홀더
2개
큰 스크린과 홀더
1개
포스트와 홀더
3개
4. 결과 및 고찰
1) 실험계산 및 결과
(1) 실험 계산
※ 말루스의 법칙
레이저 광원 I0 = 5mW
(2) 실험 결과 데이터 정리
1. 선택흡수에 의한 편광(레이저광원 I0 = 5mW)
사잇각(θ)
0
30
60
90
120
150
180
투과광의 세기 (I)
5
3.75
1.25
0.
1.25
3.75
5
2) 결과고찰
이번 실험은 6개 실험중에서 가장 간단한 실험이었다. 장치를 조립하여 측정 할 수 있도록 설치한 다음 검광판을 θ만큼씩 돌려주면서 그때마다 투과광의 세기를 측정하는 실험이다. 실험결과 투과량이 가장 높았던 사잇각은 0˚ 와 180˚였다. 이때의 투과광의 세기는 5mW였다. 그리고 투과량이 없었던 사잇각은 90˚ 였다. 이때의 세기는 0이었다. 이는 수직으로 편광되는 빛이 검광판에 부딪힐 때 0˚일때는 그대로 투과되고, 90˚일때는 수직의 편광이 직각의 검광판과 부딪혀 세기는 0의 값을 가지기 때문이다.
이번 실험을 통해서 빛의 편광 현상을 이해할 수 있었다.
5. 참고문헌
1. 응용화공기초실험2 실험서
chapter 6.
2. 네이버 백과사전
3. 네이버 웹 검색
(http://www.naver.com)
4. 한국 외국어 대학교. 전자물리학과 자료실
(http://www.hufsphysics.net/bbs/view.php?id=pds1&no=54)
5. 물리 실험 실습장비
(http://hanmacco.com/htm/education1_5.htm)
Fig. 4. 와 같이 비편광된 광을 편광판을 통해 투과시키면 편광된 광이 얻어진다. 다음의 편광판에 입사하는 빛의 진동하는 전기장의 진폭이 E0 이고, 전기장의 진동방향이 편광판의 투과 축과 각 θ만큼 기울어져 있다. 투과 축과 나란한 전기장만이 투과되므로 투과되는 빛의 전기장 진폭은 가된다. 빛의 세기는 진동하는 전기장의 진폭의 제곱에 비례하므로, 입사광의 세기를 I0라 하면, 투과되는 빛의 세기 I는 다음과 같게 된다.
이 식을 말루스의 법칙이라고 한다. Fig. 4.에서 비편광된 빛을 투과시켜 편광된 빛을 얻는데 사용되는 판을 편광판이라고 부르고, 편광된 빛을 투과시켜 편광상태를 검사하는데 사용되는 판을 검광판이라고 구분하여 부르기도 한다.
(5) 복굴절에 의한 편광
일반적으로 등방적인 매질(공기)에 광이 수직으로 입사하면 진행방향이 변화되지 않고 투과된다. 그러나 방해석이나 석영 같은 비등방적 매질에 수직으로 광을 입사시키면 매질의 결정방향에 따라 한 방향이나 두 방향으로 굴절되어 나가게 된다. 비등방적 매질에서 수직으로 입사하는 광의 진행방향이 변화되지 않고 한 방향으로 진행할 때, 매질 안에 광의 진행방향과 나란하게 축을 설정하고 광축이라 한다.
광축과 다른 방향으로 진행하는 광선은 전기 변위 벡터의 성붕에 따라 두 개의 광선으로 분리되어 진행한다. 매질의 광축을 포함하는 가상 면을 주자름면이라고 정의하는데, 입사면을 주자름면으로 선택할 때, 주자름면에 수직인 전기 변위 성분을 갖는 광선은 등방적인 매질 내에서와 동일하게 굴절하여 진행하고, 주자름면과 나란한 전기 변위 성분을 갖는 광선은 등방적인 매질 내에서와 다르게 굴절하여 진행한다. 따라서 처음 광선을 정상광선이라 부르고, 나중 광선을 이상광선이라고 부른다.
물론 정상광선과 이상광선의 굴절률은 서로 다르다. 이상광선의 굴절률이 정상광선의 굴절률보다 작은 결정을 음성결정이라 한다. 석영은 양성결정(n0=1.5425, nE=1.55336) 이고 방해석 음성결정(n0=1.65836, nE=1.48641)이다.
등방적인 매질에서 비등방적인 매질로 광이 수직으로 입사할 때 두 매질의 경계면을 1차파면으로 볼 때, 호이겐스의 원리에 의하면 경계면에 수많은 점광원이 있고, 점광원에서 사방으로 나가는 파면의 포락선이 2차 파면을 만든다. 그런데 비등방적이 매질 안에서는 점광원이 각기 두 개의 파면을 형성한다. 하나는 구면파면을 이루고, 다른 하나는 타원파면이 된다. 따라서 서로 다른 속도로 진행하는 두 개의 2차 파면을 형성하게 된다.
Fig. 5. 는 방해석에 수직으로 입사하는 광선이 굴절되어 나가는 것을 나타냈다. 광축은 점선으로 나타나 있고, 주자름면에 평행인 전기병위 성분은 직선으로, 수직인 전기변위 성분은 원으로 나타냈다. 입사한 광선이 경계면에 수직일 때, 꺽이지 않고 진행하는 광선이 정상광선이고, 굴절되어 나가는 광선이 이상광선이다. 정상광선과 이상광선은 상호 수직으로 선편광되어 있다. 방해석 안에서 이상광선이 정상광선보다 빠르게 진행한다. 즉 이상광선의 굴절률이 정상광선보다 작게 된다. 양성 결정인 석영 안에서는 이상광선의 속도가 느려 타원파면이 구면파 안에 들어가게 된다. 이상광선은 주자름면을 따라 굴절되므로 입사광선을 수직으로 유지하면서 방해석을 돌리면 정상광선은 움직이지 않고 이상광선은 회전된다.
Fig. 6.은 방해석 결정이다. 방해석 결정은 사방정계 결정으로 둔각이 102이고, 예각이 78이다. 삼면이 모두 둔각이 점, A에서 맞 꼭지점, B로 향하는 축이 방해석의 광축이다.
2. 실험방법
Fig. . 와 같이 부품들을 배열한다.
편광판과 검광판의 투과
축을 수직(0-0)으로 정열하고 레이저를 켠 다음 투과광이 최대가
되도록 레이저를 돌린 후 고정한다.
검광판을 시계방향으로 서서히
돌리면서 투과광의 세기의 변화를 관찰한다.
검광판을 돌리면서 투과 광이
사라지는 각도를 관찰하고 기록한다.
3. 실험장치
준비물
광학용 레일
2개
반도체 레이저
1개
편광판과 홀더
2개
큰 스크린과 홀더
1개
포스트와 홀더
3개
4. 결과 및 고찰
1) 실험계산 및 결과
(1) 실험 계산
※ 말루스의 법칙
레이저 광원 I0 = 5mW
(2) 실험 결과 데이터 정리
1. 선택흡수에 의한 편광(레이저광원 I0 = 5mW)
사잇각(θ)
0
30
60
90
120
150
180
투과광의 세기 (I)
5
3.75
1.25
0.
1.25
3.75
5
2) 결과고찰
이번 실험은 6개 실험중에서 가장 간단한 실험이었다. 장치를 조립하여 측정 할 수 있도록 설치한 다음 검광판을 θ만큼씩 돌려주면서 그때마다 투과광의 세기를 측정하는 실험이다. 실험결과 투과량이 가장 높았던 사잇각은 0˚ 와 180˚였다. 이때의 투과광의 세기는 5mW였다. 그리고 투과량이 없었던 사잇각은 90˚ 였다. 이때의 세기는 0이었다. 이는 수직으로 편광되는 빛이 검광판에 부딪힐 때 0˚일때는 그대로 투과되고, 90˚일때는 수직의 편광이 직각의 검광판과 부딪혀 세기는 0의 값을 가지기 때문이다.
이번 실험을 통해서 빛의 편광 현상을 이해할 수 있었다.
5. 참고문헌
1. 응용화공기초실험2 실험서
chapter 6.
2. 네이버 백과사전
3. 네이버 웹 검색
(http://www.naver.com)
4. 한국 외국어 대학교. 전자물리학과 자료실
(http://www.hufsphysics.net/bbs/view.php?id=pds1&no=54)
5. 물리 실험 실습장비
(http://hanmacco.com/htm/education1_5.htm)
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