빛의 본질이 입자냐 파동이냐에 대한 논쟁은 17세기 이후 400년동안 물리학자들의 연구대상이었다. 뉴턴의 지지를 얻은 입자설이 한동안 파동설을 압도하였다. 하지만 실험적, 이론적 증거들이 빛의 파동성을 꾸준히 뒷받침해주었는데, 대표적인 증거들로 영의 이중슬릿 실험, 말루스 법칙, 프레넬 공식, 브루스터 각이있다.
그러던 19세기 말 맥스웰이 전기장과 자기장을 통합하면서 빛이 전자기파임을 증명하면서 오랜 논쟁은 잠시 멈추게 된다. 프레넬 공식과 브루스터 각은 서로 다른 매질의 경계면에서 일어나는 빛의 반사과 투과에 대한 이론으로 브루스터 각은 편광된 빛을 만들기 위해 널리 쓰이는 방법 중 하나이다. 본 실험에서는 맥스웰 이전에 빛의 파동성을 보여주었던 이론 말루스 법칙, 프레넬 공식, 브루스터 각을 실험적으로 확인해본다.
실험 방법
1. 실험 과정
1) 레이저에서 나온 빛은 편광기를 통과해 한 쪽 방향으로 편광되고, HWP를 지나며 편광축이 회전한다.
2) 선형편광된 빛을 얻기 위해 그림에서 레이저-편광기-HWP-Photometer 순으로 나열한 후 편광기의 편광축을 돌리면서 통과하는 빛의 세기를 측정한다.
3) 레이저 빛이 부분적으로 편광되어 있다면 빛의 세기는 편광축의 각도에 따라 다양하게 나타날 것이다.
4) P-polarized, S-polarized 빛을 얻기 위해 전 과정에서 빛이 최대가 되는 편광축의 각도를 찾고 PBS를 HWP뒤에 위치한다.
5) PBS는 수직편광된 P-polarized 빛만을 통과시키기 때문에, P-polarized 빛을 얻기 위해선 HWP의 축을 PBS를 통과한 빛이 세기가 최대가 될 때까지 돌린다.
6) S-polarized 빛을 얻기 위해선 PBS를 통과한 빛이 최소가 될 때까지 HWP를 돌린다.
7) PBS를 이용해 P 또는 S-polarized 빛을 얻은 후에 PBS를 제거하고, Half Cylindrical lens를 넣는다.
8) 편광기와 HWP를 통과한 레이저 빛은 Half Cylindrical lens에서 일부 굴절, 일부 반사되는데 반사되는 빛의 세기를 측정한다.
9) Angle Plate를 씩 회전 시키면서 P와 S-polarized된 경우 각각의 빛의 세기를 측정한다.
10) 입사각이 브루스터 각이면 S-polarized 빛만 반사가 일어나기 때문에, P-polarized 빛에 대해 반사광의 세기가 최소가 되는 각도를 찾는다. 또한 매질의 굴절율을 알기 위해 입사각에 따른 굴절각을 측정하여 굴절율을 구해낸다.
[물리학실험]빛의 이중성에 대한 파동적 증거 레포트
1. 실험 이론 및 원리 가. 실험 소개 빛의 본질이 입자냐 파동이냐에 대한 논쟁은 17세기 이후 400년동안 물리학자들의 연구대상이었다. 뉴턴의 지지를 얻은 입자설이 한동안 파동설을 압도하였다
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