일반물리학실험 | 레이저를 이용한 빛의 회절과 간섭

 

 

 

TIP

 

 

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

 

 

 

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.

 

 

(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.

 

 

이중 슬릿에 의한 간섭(Young의 이중 슬릿 실험, 회절판 코드 - D E F)

토마스 영(Tomas Young)은 빛에 대한 간섭효과를 발견하여 빛의 파동설을 세웠다. 간섭이란 두 개의 파동이 서로 중첩되어 어떤 공간에 에너지가 균일하게 분포되지 않고, 어느 점에서는 극대가 되고 다른 접에서는 극소가 되는 현상을 말한다. 간섭을 일으키기 위해서는 두 개 이상의 파동이 같은 속도, 진동수, 파장 및 상대적 위상이 일정하게 유지되어야 한다.

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실험 방법

실험 1. 단일 슬릿에 의한 회절 (A, B, C)

1) 그림과 같이 실험 장치를 구성한다.

 

 

2) 레이저 광이 슬릿 A를 통과하도록 회절판을 위치시키고, 스크린 상에 선명한 회절 무늬가 나타나도록 회절판 과 스크린의 간격을 조정한다.

 

3) 스크린과 슬릿 사이의 거리 L, 레이저 파장 λ, 관측된 회절 무늬를 기록하자.

 

4) 회절 무늬로부터 중앙지점으로부터 극소 위치 z와 차수 n을 측정하고, 식 (2)에 대입하여 슬릿 폭 a를 계산 한다.

 

5) 회절 판에 명시된 슬릿 폭과 비교하여 오차율을 계산한다.

 

6) 슬릿 B, C에 대해 1)～5) 과정을 반복한다.

 

실험 2. 이중 슬릿에 의한 회절 (D, E, F)

1) 그림과 같이 실험 장치를 구성한다.

 

2) 레이저 광이 이중 슬릿 D를 통과하도록 회절판을 위치시키고, 스크린 상에 선명한 간섭 무늬가 나타나도록 회절판과 스크린의 간격을 조정한다.

 

3) 스크린과 슬릿 사이의 거리 L, 레이저 파장 λ, 관측된 간섭 무늬를 기록한다.

 

4) 간섭 무늬로부터 중앙지점으로부터 극대 위치 z와 차수 n을 측정하고, 식 (3)에 대입하여 슬릿 간격 d를 계산 한다. (극소 위치를 측정한 경우에는 식(4)에 대입하여 슬릿 사이의 간격 d를 계산한다.)

 

5) 회절 판에 명시된 슬릿 사이의 간격과 비교하여 오차율을 계산한다.

 

6) 슬릿 E, F에 대해 1)～5)의 과정을 반복한다.

 

 

 

[일반물리학실험]레이저를 이용한 빛의 회절과 간섭 레포트