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일반물리실험 - 빛의 회절 및 간섭 실험
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일반물리실험 - 빛의 회절 및 간섭 실험
⊙ 실험목적
빛의 파동성인 회절과 간섭현상을 이해하기 위해 레이저와 컴퓨터 인터페이스를 이용하여 단일슬릿실험과 영의 이중슬릿실험을 수행한다.
⊙ 이론
1) 호이헨스의 원리 (1)
파동면의 모든 점은 2차구면파의 점샘이 된다. 시간 t 후의 파동면은 2차파동들의 접면이 된다.
2) 단일슬릿에 의한 회절
회절(diffraction)이란 빛이 모서리에서 휘거나 번져나가는 현상을 말한다. 수면파나 호이헨스의 원리로부터 아는 바와 같이 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 윗 점과 제일 밑점을 지나는 빛들이 정확히 한 파장 만큼 차이가 나는 경우이다. 이 경우에는 슬릿의 중심을 지나는 빛과 밑점을 떠나는 빛과는 반 파장의 위상차이를 갖게 된다. 이 두 빛들은 정확히 반대의 위상에 있으므로 소멸간섭을 일으키게 될 것이다. 똑같은 이치에 의하여 밑점에서 약간 떨어진 점을 출발하는 빛과 중심에서 약간 떨어진 점을 지나는 빛들도 서로 소멸간섭을 하게 된다. 이렇게 하여 슬릿의 상반부를 지나는 빛들과 하반부를 지나는 빛들은 대칭적으로 서로 소멸간섭을 하게 된다.
따라서 극소가 일어나는 조건은 다음과 같다.
n=0인 경우는 극소가 아니라 가장 큰 극대가 된다. 이에 대한 그래프와 회절 무늬를 [그림.2]에 나타내었다.
3) 이증슬릿-영(Young)의 간섭실험 (2)
[그림.3]에서와 같이 두 개의 슬릿 S1, S2 에서 나온 빛의 간섭을 생각해 본다. 슬릿을 통과한 광선은 회절하여 두 개의 구면파가 서로 겹쳐서 진행한다. 입사광선이 단색광이면 이 두 파가 스크린 위에 도달할 때(P) 그 위상차에 의하여 밝고 어두운 간섭무늬를 만들게 된다.
[그림.3]을 통해 수학적으로 극대를 계산하면
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2014.09.26
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