해피레포트 - 광학실험(부산대학교, 2013)

카테고리 : 레포트 > 자연과학계열 파일이름 :광학.zip 문서분량 : 50 page 등록인 : dladl11 문서뷰어 : 압축유틸프로그램 등록/수정일 : 14.08.07 / 15.08.31 구매평가 : 다운로드수 : 1 판매가격 : 6,000 원

미리보기

같은분야 연관자료

보고서설명
2013년 부산대학교 광학실험 레포트 그래프는 오리진으로 그렸음. 뉴턴링 마이컬슨 간섭계 반사율 측정 슬릿에 의한 회절 위상 지연판 회절격자 프리즘의 굴절률 측정

본문일부/목차
뉴턴링 이번 실험에서는 구면렌즈와 평면판이 만들어내는 d의 분포에 대한 간섭무늬를 관측하여 결과를 얻는 실험이었는데 “근사”가 실험적 관측에 미치는 영향이 클 수 있다는 사실을 간과하면 실험적 오차가 크게 발생하게 됨을 알 수 있었다. 또한 이 실험에서 나타난 변수사이의 경향성은 총 세 가지로 먼저 N과 r^2의 선형관계가 있다. 이것은 4.실험결과에서 linear fitting을 통하여 피어슨계수가 1에 수렴하는 것을 확인함으로써 입증하였다. 두 번째는 측정값 r로부터 근사하여 계산된 R이 N이 증가함에 따라 exponential하게 감소하는 것을 확인하였다. 세 번째는 R을 근사식이 아닌 기존식의 변형을 통해 계산한 결과 R과 N이 선형관계를 띄지 않고 거의 일정한 값을 가짐을 확인할 수 있었다. 그리고 데이터부족으로 인해 결론짓기 힘들지만 두 가지 예측을 하였다. 첫 번째로 파장이 짧을수록 근사하여 계산한 R과 근사하지 않고 계산한 R의 상대오차가 줄어들 것으로 예측하였고 두 번째로는 박막의 두께 d가 증가하면(이 경우 N 증가로 인한 d의 증가) 광로차가 증가하여 결국 샤프한(sharp)간섭무늬를 만드는데 반하여 d가 작을수록 간섭무늬의 폭(간섭무늬 사이의 간격이 아님!!!)이 증가할 것으로 예측할 수 있었다. 마지막으로 파장차이가 크지 않은 Yellow(578nm)와 Green(546nm)의 뉴턴링을 구별해내는 것에는 실패하였다.(Blue(436nm)는 나머지 파장의 빛과 뉴턴링을 구별하였다.) 마이컬슨 간섭계 이 번 실험은 마이켈슨 간섭계를 이용하여 빛의 파장과 결맞음 길이를 측정해보는 실험이었다. 즉 우리는 간섭계의 간섭무늬를 해석하여 광원(source)에 대한 정보를 분석할 수 있음을 알았다. 먼저 빛의 파장의 경우 두 가지 간섭조건을 이용하여 쉽게 알아낼 수 있으며, 결맞음 길이의 경우 Fourie Transformation의 결과를 이용하여 결과적으로 간섭무늬가 사라지기까지의 광로차로 생각할 수 있음을 알았다. 우리 실험의 결과로는 첫 번째 헬륨-네온 레이저의 파장은 실제파장인 633nm에 대해 3.4~5.8%의 상대오차로 측정되었으며 두 번째 나트륨 등의 경우 실제 파장 589에 대하여 0.8~6.9% 의 상대오차로 측정되었다. 첫 번째 실험의 경우 보상판을 사용하지 않아 광로차를 증가시킴에 따라 실제파장에 가까워지는 경향성을 관찰할 수 있었으며 그 결과는 합리적으로 실험분석에서 언급하였다. 두 번째 실험의 경우는 보상판을 사용하여 경향성은 관찰되지 않았으며 합리적이었다. 또한 Red와 green에 대하여(대역필터) 결맞음 길이를 각각 측정한 결과 Red>Green이었는데 이 것은 파장의 길이에 비례하므로 합리적임을 알 수 있다. 반면 우리는 레이저의 결맞음 길이는 측정하지 않았는데 그 이유는 레이저의 경우 결맞음 길이를 매우 길게하여 이상적으로 만들어진 것이므로 우리가 가진 광로차조절기로는 측정할 수 없었기 때문이다. 반사율 측정 이번에 실험한 입사각에 따른 반사율 측정실험은 “프레넬 방정식”에 입각하여 반사광의 세기를 측정함으로서 반사계수를 구하고 반사율을 계산할 수 있었다. 이를 통해 편광된 빛이 어떻게 반사하고 투과하는지를 알 수 있었는데 TE모드 즉 전기장이 경계면에 평행하게 편광된 빛은 각도가 증가함에 따라 반사율이 증가하였다. 따라서 투과율은 감소할 것으로 예측된다. 반면 TM모드의 경우 각도가 증가 함에 따라 반사율이 감소하다가 증가하게 되며 심지어 반사율이 0이 되는 각이 존재한다. 이것은 매우 특이한 성질로 직관과 위배된다. 그러나 우리는 이론적 검증과 실험적 결과가 상대오차 0.55%이내에서 매우 정교하게 일치하였기 때문에 자기장과 경계면이 나란한 편광빛의 경우 반사율이 0이되는 “브루스터 각”이 존재함을 실험적으로 검증하였다. 뿐만 아니라 입사각이 0도 일 때의 반사율을 이론적으로 검증해보면 정확히 0.04로 같다.(TM, TE모두). 또한 실험방법3과 같이 실험하는 이유는 편광자가 90도만큼 회전되어 있으면 기존에 여러 방향 성분을 모두 가지고 있던 전기장이 TE모드에 맞도록 경계면과 평행한 성분을 제외하고 나머지는 통과하지 못하기 때문이다. TM모드는 반대로 자기장이므로 전기장과는 반대로 돌려주어야 경계면과 수직하게 된다.(전자기 이론에 따르면 빛은 서로 수직한 전기장과 자기장의 상호작용으로 전파된다.) 결론적으로 이 실험을 통해 편광된 빛은 임의적으로 반사와 투과를 결정하는 것이 아니라 프레넬 방정식에 따라 반사/투과가 입사각과 상대굴절률에 의해 정확히 결정된 값을 갖는다는 것을 실험적으로 검증하였다고 할 수 있다. 슬릿에 의한 회절 이번 실험은 슬릿을 통하여 빛이 회절하는 현상을 복사조도와 중심축으로부터의 각을 통하여 회절무늬를 분석하였다. 그 결과 슬릿의 폭이 증가할수록 중심으로부터 급격한 복사조도의 감소가 일어났다. 또한 파장의 길이가 길수록 beta 값이 감소함으로서 더 느린 복사조도의 감소가 일어났다. 즉, 슬릿의 폭은 좁을수록 파장은 길수록 느리게 감소하였다. 이 것이 바로 회절의 일반적인 결론이고 우리 실험으로부터 얻을 수 있었다. 하지만 첫 번째 실험에서는 매우 부정확한 결론에 도달하였는데, 그 이유는 광원의 결맞음 시간과 광원의 두께를 조절하지 않고 실험하였기 때문이었다. 두 번째 실험부터는 조리개를 이용하여 매우 작은 구멍사이로 레이저를 통과시켜 실험하였기 때문에 예상했던 결론과 합치하는 결과를 얻었다. 결론적으로, 단일슬릿의 경우는 복사조도가 sinc함수의 제곱에 비례하며 와 같이 주어짐을 결론지을 수 있었다. 또한 이중슬릿의 경우에는 (여기서 a는 슬릿사이의 간격이다)으로 이중슬릿에 cos^2항이 곱해진 형태로 주어짐을 알 수 있었다. 마지막으로 이 회절현상도 근본적으로는 간섭현상임을 알 수 있었다. 위상 지연판 이번 실험은 위상지연판을 이용하여 선편광과 원편광, 그리고 타원 편광을 만들고 그 결과를 통해 편광의 종류를 확인하는 실험이었다. 그 결과 1/2 파장 위상지연판의 경우 선편광을 만들고 1/4 파장의 경우 45도 만큼 돌리면 편광 빛의 복사조도(irradiance)는 일정하지만 방향은 회전하는 원 편광을 만들 수 있었다. 또한 두 편광판을 통과하는 경우 편광판 사이의 각에 의해 복사조도가 결정되는 법칙인 Malus 법칙 을 그래프 대조를 통해 확인한 결과, 우리가 5도 간격으로 측정하여 발생한 오차로 인해 x축으로 약 10도 정도의 평행이동한 것을 제외하고는 우리들의 결과와 일치하였음을 보일 수 있었다. 회절격자 이번 실험은 회절격자를 이용하여 빛의 스펙트럼 분포를 얻는 실험이었다. 우리는 주어진 광원인, 헬륨, 수은, 네온, 수소 총 네가지 경우에 대해 분포를 얻었다. 헬륨과 수은의 경우 포함하는 파장의 빛이 연속적이지 않았으며 반면 네온과 수소의 경우는 스펙트럼띠를 형성하였다. 그 결과 회절격자의 격자 상수가 클수록 더 많은 격자무늬가 관측되었는데, 그 이유는 격자 상수가 클수록 슬릿의 폭이 감소하게 되어 회절이 더 잘 일어나기 때문이다. 뿐만 아니라 분해능도 증가하기 때문에 이웃한 영역의 파장을 더 잘 구분 할 수 있게 되어 더 많은 파장을 관측할 수 있었다. 또한 연속적인 스펙트럼을 갖는 수소와 네온등의 경우 네온등이 더 긴 파장 영역대를 포함하고 있었으며 수소등은 더 짧은 파장 영역대를 가진 광원으로 관측됨을 알 수 있었다. 프리즘의 굴절률 측정 결론적으로 이번 실험은 투명한 매질의 굴절률 측정에 주로 사용되는 가장 기본적인 방법인 최소편이각법을 이용하여 프리즘의 굴절률을 실제로 측정해보는 실험이었다. 먼저 반사/굴절의 법칙과 프리즘의 구조가 삼각형임을 이용하여 꼭지각을 측정하였고 그 결과 38.15도라는 평균값을 얻었다. 또한 두 번째 실험을 통하여 파장이 증가함에 따라 최소편이각이 작게 측정됨을 알 수 있었다. 이 것은 자명한 사실로 파장이 증가함에 따라 굴절률이 증가하고 굴절률이 증가함에 따라 다음과 같은 식에 의해 최소편이각이 감소함을 알 수 있었다. 세 번째 실험은 우리가 측정한 프리즘의 굴절률은 1.867(Yellow, 파장 600nm)으로 실제 1.5보다 약 24% 크게 측정되었다. 이는 단색광이 아니기 때문에 파장이 증가함에 따라 굴절률이 크게 측정되기 때문에 발생하였다. 즉 실험이론에 기술한 식 을 참고해보면 파장이 증가하면 n이 커진다. 따라서 파장을 고려한 비단색광의 경우 n이 실제보다 조금 더 크게 측정됨은 잘못된 결과가 아님을 알 수 있다. 다시 말해서 우리는 세 실험을 통하여 프리즘의 꼭지각과 각 파장별 굴절률과 최소편이각, 그리고 입사각에 따른 편이각의 함수관계를 얻을 수 있었다.

연관검색어
뉴턴링 마이컬슨 간섭계 반사율 측정 슬릿에 의한 회절 위상 지연판 회절격자 프리즘의 굴절률 측정

구매평가

구매평가 기록이 없습니다

보상규정 및 환불정책
· 해피레포트는 다운로드 받은 파일에 문제가 있을 경우(손상된 파일/설명과 다른자료/중복자료 등) 1주일이내 환불요청 시
환불(재충전) 해드립니다. (단, 단순 변심 및 실수로 인한 환불은 되지 않습니다.)
· 파일이 열리지 않거나 브라우저 오류로 인해 다운이 되지 않으면 고객센터로 문의바랍니다.
· 다운로드 받은 파일은 참고자료로 이용하셔야 하며,자료의 활용에 대한 모든 책임은 다운로드 받은 회원님에게 있습니다.

저작권안내

카테고리 : 레포트 > 자연과학계열
파일이름 :광학.zip
문서분량 : 50 page	등록인 : dladl11
문서뷰어 : 압축유틸프로그램	등록/수정일 : 14.08.07 / 15.08.31
구매평가 :	다운로드수 : 1

광학실험(부산대학교, 2013)

판매가격 : 6,000 원