빛의진행

소개

(1) 호이겐스의 원리

빛의 진행을 이해함에 있어서 우리에게 직관적이고도 유용한 것은 맥스웰의 전자기유도 공식이 아니라 호이겐스의 원리이다. 점광원에서 나온 빛은 연속적 구형파면을 이루면서 퍼져나가고, 파면은 그러한 구형파면에 공통적으로 외접하는 면이 된다. 또 그러한 파면을 이루는 각 점들은 이차적인 파원이 되어서 다음 파면을 형성하게 된다는 것이 바로 호이겐스의 원리이다. 우리는 이 원리를 통해 반사와 굴절을 쉽게 이해할 수 있다.

목차

1. 이론적 배경
(1) 호이겐스의 원리
(2) 전반사
(3) 편광과 브루스터 각(Brewster`s angle)
(4) 레이저
(5) 에돌이 발(회절격자)
2. 실험 결과 및 분석
실험1 : 빛의 반사특성 조사
실험2 : 빛의 굴절특성 조사
실험3 : 빛의 전반사특성 조사
실험4 : 빛 샘의 편광특성 조사
실험5 : 브루스터의 각 조사
실험6 : 빛의 속도 측정
실험7 : 반도체 레이저 빛을 이용한 에돌이 발의 간섭 측정
3. Discussion
4. 결과
5. Reference

본문내용

1. 이론적 배경

(1) 호이겐스의 원리

빛의 진행을 이해함에 있어서 우리에게 직관적이고도 유용한 것은 맥스웰의 전자기유도 공식이 아니라 호이겐스의 원리이다. 점광원에서 나온 빛은 연속적 구형파면을 이루면서 퍼져나가고, 파면은 그러한 구형파면에 공통적으로 외접하는 면이 된다. 또 그러한 파면을 이루는 각 점들은 이차적인 파원이 되어서 다음 파면을 형성하게 된다는 것이 바로 호이겐스의 원리이다. 우리는 이 원리를 통해 반사와 굴절을 쉽게 이해할 수 있다.

입사각과 반사각이 같게 됨을 알 수 있다.

가운데 매질면의 길이를 이라 하면,
,
이고, 이를 스넬의 법칙(Snell`s law)이라 한다.

(2) 전반사

(1)의 스넬의 법칙(Snell`s law)에 대해 생각해보면 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 빛이 갈 때는 굴절각이 90도보다 큰 경우가 생길 수 있다. 이 때에는 빛이 경계면에서 반사하게 된다. 이를 전반사라 한다. 그렇다면 전반사가 일어나는 각도를 θc라 하면

가 성립한다.

(3) 편광과 브루스터 각(Brewster`s angle)

빛의 파동적 성질로서 빼놓을 수 없는 것이 편광이다. 빛은 편광 되는 성질이 있는데 이는 빛이 횡파임을 보여주는 것이다. 물질을 통과시킬 때 빛이 편광 되는 것은 빛의 전기장 때문일 것으로 생각된다. 자기장보다는 전기장이 물질과의 상호작용이 크기 때문이다. 빛은 반드시 편광 되어 있는 것은 아니다. 편광 되지 않았다는 것은 광원이 동시에 모든 방향으로 똑같이 진동이 일어난다는 것을 말한다. 이 편광 방향의 각각은 서로 수직을 이루는 방향의 두 성분으로 분해 될 수 있다. 따라서 편광 되지 않은 빛은 편광축이 서로 수직인 편광판을 통과하지 못한다. 즉, 편광판에 빛을 투과시키면 특정 방향으로의 편광성분만을 투과시키는데, 이때 빛의 편광방향과 편광판의 결방향이 만큼 기울어지게 한다고 하면 다음의 식으로 intensity를 나타낼 수 있다.

편광은 반사를 통해서도 일어나는데 반사된 빛의 편광 정도는 입사각에 의해 좌우된다. 편광각 로 입사할 때 전부 편광 되는 경우, 이 편광각은 굴절각 과 의 관계를 가지게 되고, 경계면 양쪽의 두 물질의 굴절률과 의 관계를 만족한다. 이 편광각 을 브루스터의 각(Brewster‘s angle)이라고 하고 빛의 선편광에 주로 이용된다.

참고자료

· Principles of physics (3rd edition) “chapter 25” 참고
· 이론 부분의 경우 물리실험 사이트인 physlab.snu.ac.kr 의 실험 내용 란을 참고했습니다.