광섬유를 이용한 빛의 속도 측정

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목차

광섬유를 이용한 빛의 속도 측정

본문내용

00%의 수직으로 입사 (입사각이 0) 하는 빛 중에서 굴절하는 빛이 96%이고 4%가 반사된다. 물의 경우에는 약 2%가 반사되어 이것이 바로 우리 얼굴이 비쳐 보이는 빛의 밝기가 될 것이다. 입사각이 0에서 점점 커지면 반사하는 빛의 비율도 점점 커져서 유리의 경우 입사각이 80도 정도면 50% 이상이 반사된다. 호수에 비스듬히 비쳐지는 하늘이 상당히 밝은 것은 이 때문이다.
굴절의 법칙을 만족할 수 없는 상황에서 빛은 100% 전반사된다.
상대적 굴절률 이 1보다 작은 경우에는 스넬의 법칙을 만족하는 굴절각이 존재하지 않는 경우가 생긴다. 즉 입사각의 sin 값이 n 보다 큰 경우에는 가 1보다 커져서 굴절각 가 존재하지 않는 것이다. 이러한 경우에는 굴절이 전혀 일어나지 않으므로 입사한 빛의 100%가 반사되어 나가게 되고 이를 전반사라 한다.
전반사가 일어나는 조건의 입사각을 임계각 이라 하고 다음 식을 만족한다.
(1)
유리 속에서 공기로 나가는 경우( 상대적 굴절률 ) 임계각은 약 41.8도 이다.
■빛의 속도
진공 중에서의 빛의 속력, 매질에서의 빛의 속력 그리고 굴절률에는 다음과 같은 관계가 있다. (여기서, c : 진공 중에서의 빛의 속력 v : 매질에서의 빛의 속력 n : 굴절률 이다)
v/c = n
3. 실험 방법
- 실험 기구
(1) 빛의 속도 측정 장치
(2) 9 V DC 어댑터
(3) 광섬유 15 cm, 20 m
(4) 오실로스코프 ( > 20 MHz)
(5) 오실로스코프 Probe 2 개
- 실험 방법
① 오실로스코프의 전원을 넣는다.
② 채널 1의 프로브를 빛의 속도 장치의 “Reference” 측정 단자에 연결한다. 그리고, 채널 1의 접지단자를 “Reference” 측정 단자 아래의 “GND\" 측정단자에 연결한다.
③ 채널 2의 프로브를 “Delay” 측정 단자에 연결한다. 그리고, 채널 2의 접지단자를 “Delay” 측정단자 아래의 “GND\" 측정단자에 연결한다.
④ 채널의 입력 선택 단자를 “ground”에 놓는다.
⑤ 빛의 속도 장치용 어댑터를 연결한다. 황색 LED에 불이 들어오는지 확인한다. 또한 D3 (광섬유 LED) 에도 불이 들어오는지 확인한다.
⑥ 광섬유를 연결한다.
⑦ 그런 다음 15 cm 광섬유를 D3와 D8에 연결한다.
⑧ 오실로스코프의 CRT 화면은 관찰한다.
⑨ Referencd 펄스와 delay 펄스의 간격을 측정하고 기록한다.
4. 실험 결과
길이(m)
시간(s)
0.093
0.12
0.15
t1
t2
t3
평균 t
진공 속의
빛의 속도(m/s)
5. 결론 및 분석
이것은 광섬유를 이용하여 빛의 속도를 측정하는 실험이다. 우리는 이 실험에서 광섬유의 길이를 각각 9.3cm, 12cm, 15cm로 했다. 그러나 이것은 빛의 속도를 측정하기에는 너무 부족한 길이이다. 짧은 길이의 광섬유는 이 실험기구들이 잘 작동하는지 테스트를 하기 위한 것이고, 실제 실험은 20m의 긴 광섬유를 감아서 실험 했어야한다. 그랬다면 빛의 속도의 이론값인 에 가까운 값이 나왔을 것이다.

키워드

광섬유,   빛의 속도,   측정