본문내용
1. 회절격자의 격자상수 측정
1.1. 실험 목적
본 실험의 목적은 빛의 회절 현상을 이해하기 위해 격자상수를 알고 있는 회절격자를 이용하여 주어진 광원의 파장을 측정하고, 이 광원을 사용하여 미지의 회절격자의 격자상수를 측정하는 것이다.
1.2. 실험 이론 및 원리
1.2.1. 실험 배경
실험 배경은 유리판에 단위길이 1㎝ 마다 n개의 평행선을 그린 회절격자(G)에 파장이 λ인 평행광선이 수직으로 입사할 때, 격자를 통과한 후 입사 방향에 대하여 m차 회절광이 φ각도를 가지고 회절되는 현상을 다룬다.이는 회절격자를 통과한 빛의 경로차에 따른 보강간섭과 상쇄간섭의 원리를 활용하여 회절 현상을 설명한다.
이웃한 평행광선 사이의 경로차는 δ = d sinφ 이므로, δ = d sinφ = mλ (m=0,1,2...)를 만족시키는 각도φ에서 회절된 빛들이 모두 보강 간섭을 하여 빛의 세기가 최대로 된다.
이를 통해 회절격자의 격자상수 d와 빛의 파장 λ, 그리고 회절각 φ 사이의 관계를 도출할 수 있다.
1.2.2. 회절격자와 격자상수
회절격자와 격자상수는 빛의 회절 현상을 이해하는데 있어 중요한 개념이다. 회절격자는 평면 유리나 투명한 플라스틱판에 1cm당 3000~20000개 정도의 가는 줄을 일정한 간격으로 평행하게 그은 것을 말한다. 이때 평행하게 파 놓은 줄들 사이의 간격 d를 격자상수라고 한다.
회절격자에 수직하게 빛을 입사시키면 줄 부분은 빛에 대해 불투명하게 되고, 줄과 줄 사이의 평면부가 아주 좁은 슬릿의 구실을 하여 이 슬릿에서 회절된 빛이 간섭을 일으킨다. 수직 입사한 후 각 θ방향으로 회절한 광선들이 간섭을 할 때 인접한 광선과의 광로차는 dsinθ 이므로 광로차가 λ/2(2m)이면 인접 광선이 차례차례 모두 보강간섭을 하여 그 방향의 빛의 세기가 밝게 된다. 이때 dsinθ = mλ(m=0,1,2,...)의 관계가 성립한다. 따라서 격자상수 d와 관찰되는 회절각 θ, 그리고 빛의 파장 λ는 밀접한 관련이 있다."
1.2.3. 회절격자에 의한 백색광의 회절
회절격자에 의한 백색광의 회절은 회절격자를 통과한 백색광이 각각의 파장에 따라 다른 각도로 회절되는 현상을 말한다.
백색광은 다양한 파장의 빛이 섞여있는 빛이다. 회절격자를 통과할 때 각 파장의 빛이 서로 다른 각도로 회절되어 스크린상에 무지개와 같은 색깔 무늬가 나타나게 된다. 이는 파장에 따른 회절각의 차이로 인해 발생하는 현상이다.
회절격자의 격자상수와 입사광의 파장이 주어지면 회절각을 계산할 수 있다. 격자상수 d와 입사광 파장 λ, 그리고 회절차수 m을 이용하여 회절각 θ를 구할 수 있는데, 이 때 dsinθ = mλ 관계식이 성립한다.
이러한 회절격자에 의한 백색광의 회절 현상은 빛의 스펙트럼 분석, 광학 기기 제작 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 예를 들어 CD나 DVD와 같은 기록 매체에서 레이저 빛의 회절 현상을 이용하여 정보를 읽어내는 데 사용되며, 선글라스 렌즈나 홀로그래피 등에서도 활용된다.
따라서 회절격자에 의한 백색광의 회절 현상은 파장에 따른 회절각의 차이를 이용한 응용이 매우 다양하게 이루어지고 있다고 할 수 있다.
1.3. 실험 기구와 장치
실험 기구와 장치는 다음과 같다.
Laser Diode는 실험의 광원으로 사용된다. 광센서(Light Sensor)는 반사, 굴절된 빛의 세기를 측정한다. 회전운동센서(Rotary Motion Sensor)는 간섭무늬의 간격을 측정한다. 실험에 사용되는 기타 장치로는 회전판, 회전팔, 광학대, 광학 받침대, 유리회절격자 등이 있다.
실험 장치는 다...
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