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1. 단일 슬릿과 이중 슬릿에 의한 빛의 회절
1.1. 회절의 기본 원리
파동이 장애물의 뒤쪽으로도 퍼져나가는 현상을 회절이라고 한다. 회절은 빛의 파장이 길수록, 슬릿의 틈이 작을수록 잘 일어난다.""
빛을 물체에 비추었을 때, 그림자가 생기는 것은 빛의 회절 현상을 설명하지 못하지만, 파장을 길게 하거나 슬릿의 틈을 작게 하면 회절 현상이 일어난다. 이것은 빛이 파동의 일종임을 나타낸다.""
폭 a인 단일 슬릿 S에 수직한 파장 λ인 빛이 수직으로 입사할 때, 슬릿의 두 점광원으로부터 반사된 파동은 p0에서 항상 같은 위상이 되어 밝게 된다. 그러나 p1에서는 r1과 r2의 위상차가 a/2 sinθ로 반파장만큼 차이가 나므로 중첩하여 완전히 소멸하여 어두운 무늬를 남긴다. 슬릿의 중앙 아래 부분도 대칭에 의해 슬릿 끝점 아래 부분과 상쇄되기 때문에 결국 p1에서 무늬의 밝기는 어두워진다. 따라서 중앙으로부터 첫 번째 어두운 무늬는 a sinθ=λ를 만족하게 된다.""
1.2. 단일 슬릿에 의한 회절 무늬
단일 슬릿에 의한 회절 무늬는 빛이 단일 슬릿을 통과할 때 나타나는 회절 현상에 의해 스크린 상에 형성되는 밝고 어두운 무늬이다.
단일 슬릿에 단색광이 입사하면 슬릿을 통과한 빛은 회절되어 스크린 위에 간섭무늬와 유사한 밝은 지점과 어두운 지점이 교대로 나타나는 회절 무늬를 형성한다. 이는 슬릿에서 회절한 빛들의 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키기 때문이다. 보강 간섭이 일어나는 지점에서는 밝은 무늬가, 상쇄 간섭이 일어나는 지점에서는 어두운 무늬가 생긴다.
Huygens 원리에 따르면, 슬릿에 도달한 평면파의 각 지점은 2차 점광원으로 작용한다. 슬릿의 중앙으로부터 같은 거리에 있는 두 점광원으로부터 출발한 두 빛은 스크린의 중앙에서 경로차가 없어 밝은 무늬가 나타난다. 그러나 슬릿의 다른 지점에서 출발한 광선들은 스크린의 임의의 지점 P까지 경로차가 발생하여 간섭을 일으킨다.
스크린 상의 임의의 지점 P까지의 경로차 AP-BP는 슬릿의 폭(d)과 P점과 슬릿의 중심 사이의 각도(θ)에 의해 결정되며, 이는 dsinθ로 표현된다. 따라서 dsinθ가 파장(λ)의 정수배가 되는 지점에서는 보강간섭이 일어나 밝은 무늬가, dsinθ가 파장(λ)의 홀수배의 절반이 되는 지점에서는 상쇄간섭이 일어나 어두운 무늬가 생성된다.
슬릿의 폭(d)이 일정할 경우, 입사하는 빛의 파장(λ)이 길수록 회절 각도(θ)가 커지므로 스크린 상의 회절 무늬의 간격이 더 넓어진다. 반대로 슬릿의 폭(d)이 좁을수록 회절 각도(θ)가 커져 회절 무늬의 간격이 더 넓어진다.
이와 같이 단일 슬릿에 의한 회절 무늬는 슬릿 폭과 빛의 파장에 의해 결정되며, 이를 통해 회절 현상의 원리와 특성을 이해할 수 있다.
1.3. 이중 슬릿에 의한 회절과 간섭
이중 슬릿에 의한 회절과 간섭은 광학에서 매우 중요한 현상이다. 두 개의 좁은 슬릿을 통과한 단색광은 스크린에 간섭 무늬를 만들어낸다. 이는 두 슬릿을 통과한 빛이 서로 간섭을 일으...
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