간섭계 실험 결과보고서 (간섭무늬, 빛의 파장, 공기 굴절률 측정) 마이켈슨, 패브리-패롯

소개

마이켈슨(Michelson) 간섭계와 화브리-페로(Fabry-Perot ) 간섭계 실험 결과보고서입니다.

사용된 기기의 스펙과 실험 셋팅 사진을 포함합니다.

각각 간섭계의 간섭무늬를 관찰하여 찍은 사진도 정리되어 있습니다.

각각의 간섭무늬를 이용하여 빛의 파장과 공기의 굴절률을 계산 한 데이터가 모두 포함되어있습니다.

데이터 도출 과정과 사용하는 계산에 사용되는 식들도 모두 정리되어 있습니다.

각 실험마다 데이터 분석 뿐만 아니라 고찰에 대해 자세하게 작성하려 노력했습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 장비

3. 실험 데이터
- 부품의 역할
1) Michelson 간섭계와 Fabry-Perot 간섭계를 구성하여 각각의 간섭무늬 관찰
- 공통적으로 동심원 모양의 간섭무늬가 생기는 이유
- 중심부의 간섭무늬의 밝기가 훨씬 밝게 나타나는 이유
2) Michelson 간섭계를 이용한 빛의 파장 측정
- 공식으로 계산되는 원리 & 무늬 이동의 의미
- 실제 광원의 파장 값과 측정값의 비교
- Movable mirror의 이동거리 측정의 한계점
3) Michelson 간섭계를 이용한 유리의 굴절률 측정
- 실제 유리의 굴절률 값과 측정값의 비교
- 유리판 회전각 조절의 한계점
4) Image J 로 세기 분포를 plot하여 이론과 비교, Frange visibility 측정

4. 실험 결론
<추가내용>
- Michelson 간섭계를 응용한 정밀한 거리 측정용 Laser 간섭계
- 푸리에변환 분광기(Fourier Transform Spectroscopy)
- Fabry-Perot 간섭계를 응용한 Optical Spectrum Analyzer의 원리 이해

5. 실생활 응용

본문내용

간섭계 실험
- Michelson 간섭계와 Fabry-Perot 간섭계 -

1. 실험 목적
Michelson 간섭계와 Fabry-Perot 간섭계를 구성하여 각각의 간섭무늬 관찰하고 간섭무늬를 이용해 빛의 파장과 공기의 굴절률을 계산해 본다.

2. 실험 장비
- OS-9255A 정밀 간섭계
- OS-9256A의 부속품 중 회전지시침
- He-Ne laser

3. 실험 데이터
- 부품의 역할
Beamsplitter : 투과한 빛을 둘로 나누어 움직이는 M2와 M1으로 50%씩 보낸다.
Compensator : Compensator를 사용하게 되면 두 빛 사이의 광로차는 실질적인 경로차에 의해 발생하게 된다. Beamsplitter가 갖는 분산효과 때문에 광로차는 파장에 따라 달라지기 때문에 단색광을 이용하지 않는 경우에 반드시 사용해야 한다.

1) Michelson 간섭계와 Fabry-Perot 간섭계를 구성하여 각각의 간섭무늬 관찰
- 공통적으로 동심원 모양의 간섭무늬가 생기는 것이 관찰되었다.
- 중심부의 간섭무늬의 밝기가 훨씬 밝은 것을 알 수 있다.

- 공통적으로 동심원 모양의 간섭무늬가 생기는 이유

광원이 Laser이므로 점광원이라 할 수 있다. Laser에서 나온 빛은 직진성을 갖지만 완전하지 않기 때문에 주변으로 퍼지는 빛이 존재하기 때문이다. 즉, 퍼져 나오는 빛은 구면파가 된다. 구형태로 퍼지는 빛을 수직으로 놓여있는 평면 스크린으로 관찰하기 때문에 동심원의 간섭무늬로 관측되는 것이다. 구면파의 빛이 관측 광원을 중심으로 경로차가 원모양으로 발생하고 동심원 모양의 간섭무늬가 생기는 것을 관찰 할 수 있다.

참고자료

· 표준과학연구원 / 김재완 / 길이 분야 기술자 과정 교육 / 2002 / p.15,16
· 푸리에 변환 분광기 / 박수종 / 2007 / p.1,2
· Optical Spectrum Analysis Application Note 1550-4 / Aflient Technologies / p.5
· 마이켈슨 간섭계를 이용한 3차원 형상 측정에 관한 연구 / 沈載偉 / 2002 / 호남대학교 대학원 석사논문 / p.1,2
· 마이켈슨 간섭계를 이용한 관의 공명에서 기체 분자의 진동에 대한 연구 및 교재개발 / 조영원 / 2017 / 서울대학교 대학원 과학교육과 석사논문 / p.1
· Fabry-Perot 간섭계를 이용한 LASER의 주파수 특성 분석 연구 / 고성화 / 한국교원대학교 교육대학원 / 2003 / p.1