[일반물리학실험]레이저를 이용한 빛의 회절과 간섭

소개

실험내용은 다음과 같습니다.
실험 1. 단일 슬릿에 의한 회절 무늬 생성 실험 (슬릿 A, B, C)
실험 2. 이중 슬릿의 간섭무늬 측정(슬릿 D, E, F)

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험 기구 및 장치
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 토의 사항

본문내용

1. 실험 목적
1.1. 레이저를 이용하여 단일 슬릿의 폭과 이중 슬릿의 슬릿 간격을 측정하고, 여러 가지 슬릿 문양에 대한 회절 현상을 관측한다.
1.2. 레이저(Laser)를 이용하여 빛의 특성인 회절과 간섭현상을 관찰하고, 영(Young)의 실험을 통해 빛의 파장측정방법을 이해한다.

2. 실험 이론 및 원리
2.1. 단일 슬릿에 의한 회절(회절판 코드 - A B C)
빛의 회절이란 진행하던 빛이 장애물을 만났을 때 휘거나 번져나가는 현상을 말한다. 수면파나 호이겐스의 원리로부터 슬릿을 통과한 파동들은 모든 방향으로 퍼져나간다. 그림 1-(a)와 같이 직진하는 광선들을 생각하면 이들은 모두 같은 위상에 있으므로 스크린의 중앙에 밝은점(중앙 제1극대)을 만들 것이다.

그림 단일슬릿에 의한 회절

(b)에서는 슬릿 안의 제일 윗점과 제일 밑점을 지나는 빛과 밑점을 지나는 빛들이 정확히 한 파장 λ만큼 차이가 나는 경우에는 슬릿의 중심을 지나는 빛과 밑점을 떠나는 빛과는 반 - 파장의 위상차이를 갖게 된다. 이 두 빛들은 정확히 반대의 위상(180°차이)에 있으므로 소멸간섭을 일으키게 될 것이다.

그림 회절무늬의 세기

똑같은 이치에 의하여 밑점에서 약간 떨어진 점을 출발하는 빛과 중심에서 약간 떨어진 점을 지나는 빛들도 서로 소멸간섭을 하게된다. 이렇게 하여 슬릿의 상반부를 지나는 빛들과 하반부를 지나는 빛들은 대칭적으로 서로 소멸간섭을 하게된다.
(1) 제 1 극소점
(c)와 같이 스릿의 밑점과 윗점의 경로차가 3 λ/2 인 경우도 똑같은 설명에 의해
(2) 제 2 극대점
(d)의 경우는 2차 극소점이 되고 따라서 극소가 일어나는 조건은 다음과 같다.
(3) 극소
n=0인 경우는 국소가 아니라 가장 큰 극대가 된다.

그림 단일 슬릿을 통과하는 광선의 경로

다시 설명하면, 회절된 빔의 형상을 살펴보기 위하여 위 그림과 같이 폭이 a인 단일 슬릿을 통과하는 빛의 경로를 세분화한다. 슬릿의 중심을 기준으로 반으로 나누고, 슬릿 위쪽을 지나는 광선들과 아래쪽을 지나는 광선들이 광경로가 만큼 차이가 나서 정확히 반대의 위상을 가지면 상쇄(소멸)간섭을 일으켜 어두운 회절 무늬를 만든다.
(1)

참고자료

· 없음