의공학실험3-빛의간섭

소개

2017 고려대학교 바이오의공학부 의공학실험3입니다.
학점 A받은 레포트입니다.

목차

1. 실험 배경 및 이론
2. 실험 목적
3. 실험 방법 및 과정
4. 실험 결과
5. 고찰

본문내용

1. 실험 배경 및 이론
여러 개의 파동들이 동시에 한 공간에 존재하게 되면 파동들이 중첩(superposition)되어 간섭(interference)이라는 파동만의 독특한 현상을 일으킨다. 중첩된 파동들이 간섭을 일으키기 위해서는 특별한 조건을 만족하여야 한다. 두 개의 파동 Ψ1(x, t), Ψ2(x, t)가 중첩되어 만들어진 파동 Ψ(x,t)는 그들의 합으로 이루어진다.
Ψ(x, t) = Ψ1 (x, t) + Ψ2 (x, t)

두 파동에 아무런 제약이 없다면 합성된 파동은 각각의 파동이 독립적으로 일으킨 결과의 합과 같게 된다. 이를 중첩의 원리라 한다. 그리고 두 파동들의 진동수와 파장이 같고 위상차가 일정하다면 합성된 파동은 특별한 성질을 갖는 파가 된다. 즉 두 파동이 간섭되어 만들어진 간섭파가 된다. 중첩되고있는 두 파동이 진폭 a, 파수벡터 k, 각진동수 ω 로 동일하고 위상 차이가 δ라 하면 다음과 같은 식을 만족한다.

Ψ1 (x, t) = a sin (kx - ωt)
Ψ2 (x, t) = a sin (kx - ωt- δ )
[중략]

파동의 간섭으로 생긴 파동의 세기는 δ에 따라 진동한다. 최대 크기는 4이고, 최소 크기는 0이다. 만일 두 파동의 위상차, δ가 2π라디안(radian)의 정수배라면 합성파의 세기는 최대가 된다. 이때를 보강간섭(constructive interference)이라고 한다. 만일 두 파동의 위상차, δ가 π radian의 홀수 배라면 두 파동의 상대적인 위치가 정반대가 되어 합성파의 세기는 0이 된다. 이때를 소멸간섭(destructive interference)이라 한다.
빛을 중첩시켜 간섭무늬를 수학적으로 취급하기 위해서는 중첩되는 빛들의 광행로 길이(optical path length)를 각각 정확히 산출해야만 한다. 굴절률이 서로 다른 공간의 경계면을 통과하면 빛의 속력이 변화된다. 굴절률이 n인 매질 내에서 빛의 속력은 진공보다 1/n 배로 느려지고 파장도 1/n배로 줄어든다.

참고자료

· 실험매뉴얼, 3.빛의간섭, 고려대학교 바이오의공학부
· Differaction,http://madang.ajou.ac.kr/~ydpark/laser/diffract_k.htm,구글,2017.10.12