입사각에 따른 반사율 측정

목차

1. 실험목적
2. 관련 개념
3. 실험 이론
4. 실험장치
5. 실험방법
6. 실험결과
7. 질 문
8. 토 의

본문내용

기를 통과한 광선을 유리판에 반사시키고 편광기를 회전시켜가며 빛의 세기를 측정한다. 빛의 세기가 가장 셀 때 TE 모드라고 하고 가장 약할 때를 TM 모드라고 한다.
④ 모드를 결정한 후 입사각을 0°에서 90°까지 바꾸어 가며 반사된 빛의 세기를 측정한다. 이 때의 측정값이 반사광의 세기이다. 빛의 세기가 photometer의 최대 눈금을 넘는 경우에는 다른 편광기 하나를 레이저와 유리판 사이에 두고 그 각도를 적당히 회전시켜 photometer의 최대 눈금을 넘지 않도록 조정한다.
⑤ TM모드와 TE모드 둘 다 측정한 후 입사각과 반사율과의 관계 그래프를 그린 후 TM모드에서 가 0이 되는 각을 찾는다. 이 각이 Brewster 각이 된다.
⑥ 실험결과를 이용하여 Fresnel 방정식에서 유리의 굴절률 n을 구한다.
5. 실험 결과
TM mode 로 측정
각도(。)
입사각( °)
전류(μW)
20
70
0.124
24
66
0.087
28
62
0.066
32
58
0.047
36
54
0.032
38
52
0.009
40
50
0.008
44
46
0.016
48
42
0.020
52
38
0.024
56
34
0.026
TE mode로 측정
각도(。)
입사각 ( °)
전류(μW)
20
70
0.029
24
66
0.015
28
62
0.007
32
58
0.003
36
54
0.001
38
52
0.001
40
50
0.002
44
46
0.003
48
42
0.005
52
38
0.008
56
34
0.010
여기서 우리는 반사율을 측정하기 위해 를 다음과 같은 방식으로 구한다.
스넬의 법칙을 이용해서
여기서 =1 ( 공기의 굴절률 ), 는 입사각, =2 ( 유리의 굴절률 )을 이용하여 를 구한다.
34
21.9
38
24.2
42
26.4
46
28.6
50
30.7
52
31.7
54
32.6
58
34.4
62
36.1
66
37.5
70
38.8
위의 공식에 , 을 대입하여, 와 을 구한다.
34
21.9
-0.25
0.15
38
24.2
-0.26
0.13
42
26.4
-0.29
0.11
46
28.6
-0.31
0.09
50
30.7
-0.33
0.06
52
31.7
-0.35
0.04
54
32.6
-0.37
0.03
58
34.4
-0.40
-0.02
62
36.1
-0.44
-0.07
66
37.5
-0.49
-0.13
70
38.8
-0.55
-0.21
위 결과에 따른 그래프
각 편광에 대한 반사율과 굴절률을 Fresnel계수들로 다음과 같이 쓸 수 있다.
34
21.9
0.0625
0.15
38
24.2
0.0676
0.13
42
26.4
0.0841
0.11
46
28.6
0.0961
0.09
50
30.7
0.1089
0.06
52
31.7
0.1225
0.04
54
32.6
0.1369
0.03
58
34.4
0.16
-0.02
62
36.1
0.1936
-0.07
66
37.5
0.2401
-0.13
70
38.8
0.3025
-0.21
위 결과에 따른 그래프
6. 토 의
① 실험의 방법에서 입사각을 구하는 방법에서 측정될 수 있는 값은가 되지 않는다. 우리가 구하고자 하는 값은 수직에서, 측정되어지는 값을 뺀 값을 계산에 사용해야 한다. 이는 실험 방법상에서 광원에서 레이저가 나갈 때, 이 값이 변화하는게 아니라, 유리가 자체가 변화하기 때문에 를 구하기 위해서는 π/2 - θ(측정한 값) 과 같은 과정을 지나야, 를 구할 수 있다.
② 실험과정에서 광원과 유리를 수직으로 두었을 때, 이 과정이 조심스럽다. 일직선 상에 두었다고 생각되어 지는 상황이 실은 레이져가 유리를 통과하지 않은 상태였음에도 그걸 통과했다고 믿고 값을 측정하는 경우가 발생할 수도 있다. 이는 백지를 통해 빛의 산란정도를 측정해 봐도 거의 차이가 없다. 이러한 상황에서 구별 할 수 있는 방법은 레이져가 유리를 통과하게 되면, 유리 전체가 광원의 색을 띄게 된다. 이 상황에서 산란 정도를 관찰하여 정확한 0°값을 만들어야 한다. 정확한 기준값이 설정되어지지 않아, 계산 전체가 잘못되어 지는 결과를 초래함으로, 이 과정은 상당히 조심스럽게 행해야만 한다.
③ 언제나 광학 실험을 할 때마다 느끼는 것이지만, detector가 너무 민감하다. 실험 도중에 조금의 자연광만 들어와도 detector의 값은 상당히 틘다. 이러한 것은 작은 값을 정확하게 측정하기 위한 어쩔 수 없는 현상이겠지만, 실험을 수행함에 있어 자연광을 차단하는 작업이 상당히 어렵다.

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