빛의 회절

소개글

빛의 회절현상을 실험하여 작성한 리포트 입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 이론
3. 실험 방법
4. 실험결과
5. 고찰
6. 참고 문헌

본문내용

2. 이론
1) 회절(Diffraction)
회절 현상은 빛의 파동성을 입증해 주는 자연 현상 중 하나이다. 회절의 기초적 설명을 위하여 Huygens 원리에서 정의된 단위파의 개념을 도입하여 보자. 그것은 회절현상을 단위파들의 간섭현상이라고 볼 수 있기 때문이다. 단위파들의 간섭 효과는 한정된 파면에 기인한 것으로서 예를 들어 불투명한 물체에 구멍이 뚫린 슬릿의 경우에는 슬릿으로 빛이 통과할 때 슬릿 가장자리를 통과하는 단위파들은 이웃하는 단위파를 갖지 못하므로 슬릿을 통과한 빛은 어느 정도 범위를 가지고 퍼져나가며 방향변화를 경험하게 된다. 즉 광원으로부터 직진하여 슬릿에 도달한 빛은 장애물(슬릿)에 접하여 직진하던 광경로를 굽혀 방향변화를 일으켜 새로운 방향으로 빛이 퍼져나가게 된다. 이러한 현상을 우리는 빛의 회절이라고 볼 수 있다. 빛이 바늘구멍과 같이 아주 작은 개구를 통과할 때는 부채꼴 형상으로 파면이 연속적으로 퍼져 나가고, 그 퍼지는 정도는 장애물의 구멍이 작으면 작을수록 커지므로 스크린에 맺히는 회절 투영상도 마찬가지로 장애물의 구멍이 작을수록 커진다. 좋은 예로는 우리 주변에서 볼 수 있는 것으로 기하학적 그림자가 바로 회절현상의 한 예이다.
그림 1. 조리개에서 파면의 형태
회절현상은 Fraunhofer회절과 Fresnel회절 두 가지로 나누어 설명된다. 회절개구로부터 광원과 스크린이 무한대에 놓여있는 경우 얻어지는 회절 현상을 Fraunhofer 회절이라고 하고 한정된 거리에(회절개구로부터) 광원과 스크린이 또는 그 둘 중(광원이나 스크린) 어느 하나만 한정된 거리에 놓여있어 얻어지는 회절 현상을 Fresnel 회절이라고 한다.

(A) Fraunhofer 회절, 광원과 스크린 둘 다 구멍에서 (B) 광원과 스크린이 가까울 때 수렴 렌즈를 두 개
아주 먼 곳에 있다. 구멍에 입사해 들어가는 빛이나 사용하면 Fraunhofer 회절 조건을 만족시킬 수 있
구멍을 떠나서 스크린으로 가는 빛 둘 다 평행하다 다.


그림2. 회절의 종류



(C) Fresnel 회절 . 광원과 스크린 둘 다 구멍과 가깝다.
광원으로부터 나온 빛과 스크린 가는 빛은 평행하지 않다.

2) 프라운호퍼 회절
(1) 단일 슬릿
관측점가 가간섭 선광에서 매울 멀리 떨어져 있고 인 경우에는 가 중간값 에서 거의 벗어나지 않으므로, 점에서 은 모든 미분요소 에 대하여 일정하게 된다. 광원의 미분요소 에 의한 에서의 광파는
에 의해서
(1)
가 되며, 는 파의 진폭이다. 위상은 진폭에 비하여 의 변화에 민감하기 때문에, 위상에 근사를 취할 때는 보다 주의하여야 한다. 은 에 대하여 전개를 하면
(2)
가 된다.
여기서 으로부터 측정된다. 이 식에서 세 번째 항이 인 경우에도 위상에 별 기여를 하지 않는다면, 즉, 의 값이 충분히 작다면, 우리는 이 항을 고려할 필요가 없다. 이러한 근사는 이 충분히 큰 경우에는 의 값에 관계없이 가능하다. 이와 같이 거리 이 에 선형적으로 변하게 되는 프라운호퍼 조건에서 관측점까지의 거리와 위상은 구멍좌표의 선형함수로 표현된다.

참고 자료

(1) HECHT 광학 조재흥, 장수, 황보창권, 조두진 공역 -두양사-
(2) 광학실험 정훈, 정병훈, 이봉주 공저 -전남대 출판사-