일반물리학실험 | Michelson-Moley 간섭계

 

 

 

미켈슨 간섭계

아래 그림은 Michelson 간섭계의 구조를 보여주고 있다. Michelson 간섭계는 light source를 반은도금 거울(Half - silvered glass mirror, beam splitter)을 통하여 둘로 나누어 위상 차이가 나게 한 다음 다시 만나게 하는 구조로 되어있다. 이 때 두 빛이 거울에 반사되어 다시 만나면서 서로 간섭현상이 생긴다. 여기서 스크린을 보면 거울 두 개에 의한 광원의 두 상이 겹쳐 보이는데, 이 때 이 두 상은 간섭성이 있으므로, 그 거리차이가 파장의 정수배가 되면 밝게 보이고 파장의 1/2, 3/2, 5/2등의 차이가 되면 어둡게 보인다. 표면의 각 지점의 거리 차이가 각각 다르기 때문에 밝고 어두운 것들이 얼룩이 져서 간섭무늬가 나타나는 것이다.

 

 

여기서 mirror 1 또는 mirror 2 중 하나를 앞으로 이동시키면 이동한 거울에 의한 광원의 허상이 이동하여 띠무늬는 한쪽으로 흐를 것이다. 만일 한 광로에서 빛의 속도가 늦어지면 역시 무늬는 이동하게 되는 데 Michelson은 이 원리를 이용하여 에테르의 존재 여부를 규명하고자 하였다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 아래 그림과 같이 실험 장치를 한다. 단, 실험 시에 입사 beam과 유리판 사이에 삽입되는 렌즈는 입사 beam을 focal point에서의 광원으로 생각하게 할 수 있게 하여, detector 위치에서 간섭 ring을 나타나게 하는 역할을 한다.

 

 

2) 보다 많은 간섭무늬를 얻기 위해 간섭계의 두 거울을 먼저 조정해야 한다. 이를 위해서는 우선 렌즈를 제거한 후 반은도금 유리판에 Laser beam을 비춘다. 그런 다음, 한 쪽 거울에 있는 두 개의 screw를 적절히 조정하여 스크린에 비친 두 개의 상이 일치하도록 한다.

 

3) 2)의 과정 후 렌즈를 다시 설치한다. 이 때 스크린에 비친 상이 렌즈가 없을 때보다 커지고 또, 간섭무늬가 관찰될 것이다.(band형 또는 circle형)

 

4) 좀 더 주의 깊게 screw를 움직여서 간섭무늬가 동심원이 되도록 조정한다.

 

5) 한 쪽 거울에 있는 micrometer screw를 돌려서 간섭무늬의 중심이 어두운 무늬가 나타나도록 조정한다. 그리고, 그때의 micrometer screw의 초기위치를 읽는다.

 

6) 다시 micrometer screw를 조심스럽게 돌려보면 중심에서 어두운 무늬가 반복해서 나타난다. 이 때 반복해서 나타난 횟수가 식에서 Δm값이다. 그리고, 변화된 micrometer screw의 눈금을 10으로 나눈 값이 거울이 움직인 거리 Δd이다.

 

7) Δm을 변화시키면서(예를 들어 50, 100, 150, ...) 각각의 경우 Δd를 구하고 식을 이용하여 광원의 파장를 구한다.

 

 

 

[일반물리학실험]Michelson-Moley 간섭계 레포트