마이켈슨 간섭계를 이용한 액체시료의 열렌즈 효과 측정 (Measurement of the Thermal Lens Effect of a Liquid Sample by Using a Michelson Interferometer)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 67권 / 10호 / 1187 ~ 1192페이지
· 저자명 : 박현우, 이재란, 김석원

초록

액체의 열렌즈 효과를 확인하기 위하여 Rhodamine 6G를 에탄올에 녹여 0.167 M로 만든 액체시료샘플을 He-Ne 레이저($\lambda$ = 633 nm)를 간섭 광원으로 하는 마이켈슨 간섭계의 한쪽 거울 앞에 둔 후, 펌프레이저인 Nd:YVO$_4$ 레이저($\lambda$ = 532 nm)로 열렌즈 효과를 주는 방법으로 발생된 간섭무늬의 위상 변화를 분석하여 굴절률, 온도변화, 레일리 수를 구하였다. 펌프레이저의 세기를 38.2 mW와 77.0 mW로 했을 때 간섭무늬의 위상이 최대로 변할 때까지의 시간과 대류효과가 최대로 일어나는 시간은 각각 0.80 s, 0.88 s이고 4.10 s, 2.98 s였다. 이 시간동안 위상은 각각 3.14$\sim$12.56 rad와 6.25$\sim$25.12 rad으로 변하였고 굴절률은 각각 0.79 $\times$ 10$^{-4}$ $\sim$ 3.16 $\times$ 10$^{-4}$와 1.58 $\times$ 10$^{-4}$ $\sim$ 6.33 $\times$ 10$^{-4}$로 변하였다. 온도 변화 값을 이용하여 레일리 수(Rayleigh number)를 구하였고, 온도변화가 0.20$\sim$0.81 K와 0.40$\sim$1.62 K일 때 레일리 수는 각각 2.41 $\times$ 10$^3$ $\sim$ 9.63 $\times$ 10$^3$와 4.79 $\times$ 10$^3$ $\sim$ 19.26 $\times$ 10$^3$으로 변하였다. 위상이 변하는 도중에도 간섭무늬가 점점 위쪽으로 올라가는 대류현상을 확인하였다.

영어초록

In order to identify the thermal lens effect of a liquid, we placed a liquid sample prepared by dissolving Rhodamine 6G in ethanol at a concentration of 0.167 M in front of one mirror of a Michelson interferometer using a He-Ne laser ($\lambda$ = 633 nm) as a light source. By analyzing the interference fringes caused by the application of the thermal lens effect by using a pump laser (Nd:YVO$_4$ laser, $\lambda$ = 532 nm), we obtained the changes in the refractive index and the temperature, as well as the Rayleigh number, for the liquid sample. When the intensities of the pump laser were 38.2 mW and 77.0 mW, the times until the phase change became a maximum were 0.80 s and 0.88 s, respectively, and the maximum times for the convection effect were 4.10 s and 2.98 s. During these times for phase change, the phase changed from 3.14 to 12.56 rad and from 6.25 to 25.12 rad, respectively, and the refractive index varied from 0.79 $\times$ 10$^{-4}$ to 3.16 $\times$ 10$^{-4}$ and from 1.58 $\times$ 10$^{-4}$ to 6.33 $\times$ 10$^{-4}$, respectively. The Rayleigh number was calculated using the numerical value for the temperature change. When the temperature was changed from 0.20 to 0.81 K and from 0.40 to 1.62 K, the Rayleigh number changed from 2.41 $\times$ 10$^3$ to 9.63 $\times$ 10$^3$ and from 4.79 $\times$ 10$^3$ to 19.26 $\times$ 10$^3$, respectively. During the phase change, a convection phenomenon with a gradual rise of interference fringes was observed.

참고자료

· 없음