입사각에 따른 반사율 측정

소개글

입사각에 따른 반사율 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.실험이론
2.실험장비
3.실험방법
4.측정값
5.실험결과
6.질문및검토
7.토의및감상
8.참고문헌및출처

본문내용

7
50
0.116366
8.252476
60
0.188674
10.31576
70
0.296747
4.315397
80
0.562136
5.69439
6. 질문 및 검토
(1) 유리의 한쪽 면을 불투명하게 만든 이유는 무엇인가?
투명유리판으로 실험을 했을 경우 반사율이 더 크게 나왔다. 그것은 유리판의 앞 면과 뒷면에서 두 번 반사하기 때문에 반사율이 더 크게 나오는 것이다. 한 쪽면 이 불투명한 유리판은 한번 반사하고 나머지는 불투명한 부분에서 흡수한다. 우리 는 어떤 특정한 한 면에서 입사각에 따라 반사가 얼마나 이루어지는 가를 알아보 기 때문에 한 면에서만 반사되어야 하고, 그렇기 때문에 유리판의 다른 면을 불투 명하게 만든 것이다.
(2) 입사각 0°인 경우에 반사율은 얼마인가?
4% 정도의 반사율을 얻을 수 있다.
공기에서 유리로의 경계에 대해서 반사도는 입사각도가 0인 부근에서는 크게 변 하지 않는다. 공기와 유리 경계면에서 수직 입사시의 계산된 4% 반사율은 수직선 에 대해 20°가 되는 각도에서 잘 맞는 근사치이다.
(3) TE모드와 TM모드를 실험 3과 같이 결정하는 이유는 무엇인가?
TE (Transverse Electric) : 진행방향에 E field만 수직인 경우이며, TM (Transverse Magnetic) : 진행방향에 H field만 수직인 경우이다. 즉, TE 모드와 TM 모드는 서로 수직이며, 우리 실험에서 TM은 수평이고 TE는 수직 방향을 나타낸다.
TM 모드에 따른 흡수골(-출력 광신호의 크기가 최저인 지점-)이고 TE 모드는 그 반 대이다. 따라서 빛이 공기 중으로부터 유리면에 입사될 때 유리면에 수평인 선편 광과 수직인 선편광에 대해서 입사각에 따른 반사율을 측정하기 위해서 실험 3과 같이 TM mode와 TE mode를 결정한 것이다.
(4) 실험4에서 레이저가 들어가지 않은 상태에 빛의 세기를 측정하는 이유는 무엇인가?
Background의 빛에 세기를 측정하기 위해서다. 실험을 할 때마다 매번 Background의 빛에 세기를 측정해주어야, 오차를 줄 일 수 있다. 실험을 할 때마 다 상황이 달라질 수 있으므로, 이로 인해 발생될 수 있는 오차를 줄이기 위해서 측정하는 것이다.
(5) 오차
① Brewster 각
참값
실험값
상대 오차(%)
56.3 도
투명유리
56 도
0.53286
58 도
-3.01954
불투명유리
56 도
0.53286
② 굴절률
참값
실험값
상대오차(%)
1.5
투명유리
1.54144
-2.76267
불투명유리
1.48256
1.162667
<오차의 원인>
① Brewster 각을 측정 할 때에, 입사각을 2도 간격으로 측정 할 수밖에 없었기 때 문에 오차가 커진 것 같다. 입사각을 좀 더 세밀하게 조절할 수 있다면 오차를 줄일 수 있을 것이다.
② Brewster 각을 측정 할 때에는 반사되어 나오는 빛이 빛의 전기장이 입사되는 평 면과 나란하기 때문에 디텍터에 빛을 인식시키기가 힘들다.
③ 유리판의 상태에 의해서 흡수가 일어났을 가능성이 있다.
④ 빛의 세기를 측정하는 장치가 주변의 조그마한 반응에도 민감하게 값을 변화시 키기 뿐만아니라 수치가 정지하지 않고 움직이기 때문에 평균값을 내는 것에 의 해서 오차가 발생 할 수 있다.
⑤ 외부의 빛이 최대한 디텍터에 측정되지 않도록 하기 위해서 불을 전부 끄고, 레 이저가 최대세기가 될 때에 레이저를 찾은 뒤 그다음에 편광자를 맞추는 것이 좋 다.
⑥ 매 실험 마다 백그라운드를 측정해 주는 것이 중요하다.
⑦ 입사한 빛이 유리판으로 가는 도중에 에너지를 잃었을 가능성이 있다.
⑧ 유리의 초점을 정확하게 맞추지 않을 경우 오차의 원인이 된다.
7. 토의 및 감상
이번 실험을 통해서　빛이 공기 중으로부터 유리면에 입사될 때 유리면에 수평인 선편광과 수직인 선편광에 대해서 입사각에 따른 반사율을 측정하고 이를 통해 빛의 편광에 따라서 반사율이 달라짐을 이해할 수 있었다. 그리고 TE 모드에서는 입사각이 증가함에 따라 반사율이 증가하고, TM 모드에서는 브루스터각 까지는 반사율이 감소하다가 그 이후부터 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. TE 모드실험에서는 반사율 값이 잘 나온 편이었지만, TM 모드에서는 오차가 많이 발생한 것으로 보아, 공기 중에서 입사된 빛이 모두 반사되지는 못하는 것을 확인 할 수 있었다. 빛이 공기 중으로부터 유리면에 입사될 때 유리면에 수평인 선편광과 수직인 선편광에 대해서 입사각에 따른 반사율을 측정하고 이를 통해 Breauster 각의 원리를 대해서 이해할 수 있었다. 빛이 굴절률이 다른 두 매질 사이를 지날 때, 보통 그 경계면에서 반사가 일어난다. 하지만, 어떤 편광상태의 빛이 특정한 입사각으로 입사되면 경계면에서 반사되지 않는데, 이 특정한 입사각이 브루스터 각 이다. 이 각도에서는 편광된 빛의 전기장이 입사되는 평면과 나란하기 때문에 반사되지 않는 것이다. 이 편광상태의 빛은 p-편광(p-polarized) 상태라고 하는데, 입사되는 평면과 평행(parallel)하기 때문에 붙여진 이름이다. 빛이 입사된 평면과 수직한 상태로 편광되어 있다면 s-편광(s-polarized) 상태라고 하는데, 수직하다는 의미의 독일어 senkrecht에서 유래한 것이다. 따라서 무편광 상태의 빛이 브루스터각으로 입사되면, 반사된 빛은 항상 s-편광 상태가 된다. 마지막으로 투명유리에서는 빛의 세기가 가장 낮은 지점이 두 번이 나왔고 불투명유리에서는 그러한 점이 한번 나왔다. 이것의 원인을 생각해보면 투명유리에서는 통과된 빛이 다시 반사되어서 그렇게 두 번 최저점이 나오게 된 것 같았다. Breauster 각을 측정 할때에는 불투명유리로 실험을 하는 것이 더 옳은 행동이라고 여겨졌고, 각도를 조절하는 기구가 조금더 세밀할 수 있다면 좋겠다고 생각하였다.
7. 참고문헌 및 출처
Introduction to Optics, Pedrotti
Optics, Eugene Hecht
한국광산업진흥회 전자도서관
경상대학교 - 물리의 이해 http://physica.gsnu.ac.kr/
위키피디아 - http://ko.wikipedia.org

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물리실험,   광학실험,   실험보고서,   입사각,   반사율,   측정,   프리즘,   optics