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아주대학교 광학실험 마이컬슨 간섭계 실험 A+ 결과보고서

마이컬슨 간섭계 실험결과보고서1. 측정값 및 데이터 분석실험 준비 : 마이컬슨 간섭계 만들기: 관찰판에 원형무늬가 나타나는 것을 확인함.1) 실험 1 : 광원의 파장 측정[N [개][nm516.5606.06516.5606.06516.5606.06516625517588.24평균 파장 [nm606.28계산과정(이동거울이 빛살가르개 쪽으로 이동한 거리)N (무늬 형태가 원래상태로 복귀되는 횟수= 측정된 이동무늬 수)(빛살 파장)=오차율 :=오차율 :=오차율 :=오차율 :=오차율 :=오차율 :2) 실험 2 : 공기 굴절률 측정(초기 공기 압력) = 0 cmHgN [개][cmHg]**************************226423682570N (진공셀에서 공기를 펌프로 빼내면서 이동하는 무늬 수)(진공계이지의 최종 눈금 = 최종 공기압력)2. 결과1) 실험 1 : 광원의 파장 측정= 606.284 nm계산과정, , ,=오차율 :2) 실험 2 : 공기 굴절률 측정N [개]P [cmHg]P [atm]기울기n5200.263160.0002003871.0003457338310.407890.0002068511.00037737310380.50.0002109331.00039846713480.631580.0002170861.*************0.684210.000246631.0*************.763160.0002487561.0004828420620.815790.0002585631.0*************.842110.0002755321.00052502723680.894740.0002711111.*************0.921050.0002862671.000556667계산과정N (진공셀에서 공기를 펌프로 빼내면서 이동하는 무늬 수)P [cmHg] (진공계이지의 최종 눈금 = 최종 공기압력)P [atm] = P [cmHg] / 76즉 1 atm = 76 cmHg 이고, 로 나타낼 수 있다.==========기울기 => = 초기 공기압력(=0 cmHg = 0 atm한 실험의 정확도를 떨어뜨려 오차를 발생시킬 수 있다.즉 이번 실험에서는 오차가 발생하기 쉽다. 따라서 더 많은 무늬를 이동시키면서 관측하고, 더 많은 여러 번의 실험을 진행하여 평균 결과를 도출한다면 실험의 정확도를 높일 수 있어 오차를 줄일 수 있다. 실제 이번 실험에서 사용한 레이저의 파장은 632.8nm이고, 5번의 실험을 반복한 후 계산한 평균 파장은 606.284nm였다. 이는 약 4.19%의 작은 오차율을 나타내고 있어, 실험이 잘 진행되었음을 알 수 있다. 만약 더 많은 실험을 반복하여 평균결과를 도출하였다면 더 작은 오차율을 가지는 실험을 구현할 수 있었을 것이다.3. 광원의 알려진 파장을 실험 결과값과 비교하고 차이가 있으면 그 발생원인을 기술하라.이번 실험에서 사용한 광원은 He-Ne 레이저로, 파장은 약 632.8nm이다. 다음으로, 5번의 실험을 반복한 후 계산한 평균 파장은 606.284nm이고, 이는 약 4.19%의 오차율을 가진다.이러한 오차가 발생한 이유로는, 2번 질문에서 이야기했듯이, 거울을 이동시키며 간섭무늬의 이동을 관측하는 과정에서 기준표시점이 사람마다 다르게 결정되므로 오차가 발생할 수 있다. 또한 혼자서 실험을 진행하다 보니, 마이크로미터를 돌리면서 동시에 이동무늬 수를 관찰하는 것이 어려웠다. 또한 이 실험에서 이동 무늬 수를 직접 육안으로 관찰해야 하는데, 무늬가 순간적으로 2개씩 이동해 버리기도 하고, 눈을 깜빡이는 동안에 놓친 무늬도 있었을 것이다. 이 또한 실험의 정확도를 떨어뜨려 오차를 발생시킬 수 있다.4. 이 실험에서 측정의 정확도에 영향을 미치는 요인은 무엇인가?이번 실험에서 측정을 통해 구한 값은 (거울을 천천히 이동시키면서 측정된 이동거리(=이동 거울이 빛살가르개 쪽으로 이동한 거리))과, N(무늬 형태가 원래상태로 복귀되는 횟수)이었다. 따라서 이동거울이 빛살가르개 쪽으로 이동한 거리와 간섭무늬의 이동무늬 수의 오차가 실험에서 측정의 정확도에 영향을 미치는 요인이라 할 수 있다.또한 마이컬슨 간섭위의 식에서 은 데이터 값의 비이기 때문에 상수 a로 가정할 수 있다. 즉 압력 대 굴절률 비의 식을 으로 나타낼 수 있고, 따라서 굴절률의 식은 로 나타낼 수 있다. 여기서 , 을 의미한다. 또한 는 초기 공기압력으로 이다. 따라서 위 식을 정리하면 이 된다.즉 이 식을 통해 공기의 굴절률인 과 압력인 가 선형적인 관계를 가짐을 검증할 수 있다. 즉 압력이 증가함에 따라 굴절률이 증가하는 것을 알 수 있다.8. 공기의 굴절률은 압력뿐만 아니라 온도의 함수이기도 하다. 공기 굴절률의 온도 의존성을 알아내는 실험을 고안하여 기술하라.공기의 굴절률은 압력뿐만 아니라 온도의 함수이기도 하기 때문에 공기의 굴절률은 온도에 따라서도 달라진다.보통, 물질에서 굴절률의 온도 의존성을 알아내기 위해서는, 온도를 변화시키면서 온도에 따른 굴절률의 변화를 관찰한다. 따라서 공기 굴절률의 온도 의존성을 알아내는 실험 또한 이와 비슷한 방법을 사용할 수 있다. 즉 온도에 따른 굴절률을 측정하여, 굴절률의 변화 관찰을 통해 온도 의존성을 알아 낼 수 있을 것이다.또 다른 방법으로는 공기의 밀도는 온도에 가장 크게 영향을 받으며, 공기의 밀도는 온도가 올라갈수록 더 작아지게 된다는 원리와 빛의 굴절률은 공기의 밀도에 비례하는 원리에 따라 빛의 굴절률은 공기의 온도와 서로 반비례하는 관계임을 알 수 있다. 즉 빛의 굴절률은 공기의 온도가 높아질수록 낮아지게 되어, 빛은 공기의 온도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 휘어진다.이를 실험적으로 나타내기 위해서는 마이컬슨 간섭계를 사용하지만, 압력을 일정하게 유지할 수 있어야 한다. 이는 이상기체 방정식인 PV=NrT(PV=NkT)를 통해 의 관계를 알 수 있다. 즉 압력이 일정하다는 가정하에 공기의 밀도와 압력이 반비례함을 알 수 있다. 따라서 굴절률은 밀도에 비례하므로 굴절률 또한 압력이 일정하다는 가정하에, 온도에 대해 반비례함을 알 수 있다. 즉 압력이 일정한 상태에서 온도의 변화를 주고, 이동무늬 수를 관측한다면 공기 굴절률의 온도 의존성을%는 반사되고, 50%는 투과되어 나누어 지게 되고, 투과된 빛은 이동거울에 의해 반사되고, 반사된 빛은 고정거울에 의해서 반사되게 된다. 이렇게 반사된 빛들은 빛살가르개를 통하여 서로 합쳐지며 관찰판에 도달하게 된다. 빛이 분리되기 전 까지는 위상이 동일하지만, 각각의 경로를 이동한 후 관찰판에 도달할 때에는 경로의 길이 차에 의해 위상에 차이가 생기며 간섭이 일어나게 된다.다음으로 응용실험인 실험1: 광원의 파장 측정 실험을 진행하였다. 이 실험은 빛살 경로에 특정한 변화를 유발하고, 그 결과로 나타나는 간섭무늬의 변화를 측정하여 광원에 대한 정보를 얻는 실험이다. 즉 빛살가르개와 이동거울 사이의 거리를 변화시킨 후 간섭무늬의 이동무늬 수를 측정하여 레이저의 파장을 구하는 실험이다. 먼저 실험에서 사용한 레이저 광원은 He-Ne Laser로 632.8nm의 파장을 가진다. 다음으로, 5번의 실험을 통해 계산한 광원의 평균 파장은 606.284nm이고, 이는 약 4.19%의 오차율을 가지고 있었다. 실험을 통해 계산한 광원의 평균파장은 = 의 식을 통해 계산할 수 있다. 이 식에서 은 거울을 천천히 이동시키면서 측정된 이동거리(=이동 거울이 빛살가르개 쪽으로 이동한 거리)이고, N은 무늬 형태가 원래상태로 복귀되는 횟수를 의미한다. 즉 측정한 빛살가르개와 이동거울 사이의 거리와 간섭무늬의 이동무늬 수로 실험적인 광원의 파장을 계산할 수 있다. 또한 이식에서 에 2를 곱하는 이유는, 위의 질문에서도 답 했듯이 빛살이 이동거울과 빛살가르개 사이의 경로를 왕복하여 두 번 지나가기 때문이다. 즉 이동거울을 1/4 파장만큼 빛살가르개 쪽으로 이동시키면 광경로는 1/2 파장만큼 줄어들게 되기 때문에 간섭무늬의 원래 모양을 다시 확인하기 위해서는 이동거울을 1/2 파장만큼 빛살가르개 쪽으로 이동시켜야 한다. 따라서 에 2를 곱해주는 것이다.또한 이번실험에서 이동거울을 이동시키면서 나타나는 간섭무늬의 이동무늬 수를 하나만 관측하는 것이 아닌 여러 개의 이동 무늬 수를 관측힘이 필요했고, 앞선 광원의 파장 측정 실험과 마찬가지로 셀에 압력을 가하면서 간섭무늬의 이동무늬 수를 세는 것이 어려웠다. 따라서 이번 실험도 여러 번의 실험을 진행하였다. 또한 기울기는 의 식을 사용하여 구하고, 그 기울기에 따른 굴절률을 = 을 통해 계산하였다. 그 후 공기 굴절률 대 기체 압력의 그래프를 그려 추세선을 통해 선형적인 그래프의 방정식인 을 얻었다. 이 식의 통해 이 식의 기울기인 공기의 굴절률과 압력의 비가 임을 알 수 있다. 또한 오차율을 계산하기 위해 대기압에서의 공기 굴절률과 비교해 보았다. 대기압에서의 공기 굴절률은 1.000293이고, 실험적으로 계산한 대기압에서의 공기 굴절률은 1 atm = 76 cmHg 의 식을 통해 =1.00182 임을 알 수 있다. 따라서 오차율은 로 매우 작은 값을 나타내므로 실험적으로 구한 공기 굴절률과 기체 압력의 비의 선형방정식은 잘 측정되었다고 할 수 있다. 더 정확한 공기의 굴절률을 계산하기 위해서는 더 많은 이동무늬 수를 측정하고, 더 많은 공기 굴절률 대 기체 압력의 표본을 만든다면 오차를 줄일 수 있을 것이다.또한 앞서 질문에서 이야기했듯이, 공기의 굴절률은 압력뿐만 아니라 온도의 함수이기도 하다. 즉 공기의 굴절률은 온도에 따라서 달라진다. 보통 물질에서 굴절률의 온도 의존성을 알아내기 위해서는, 온도를 변화시키면서 온도에 따라 굴절률이 어떻게 변화하는지를 관찰한다. 따라서 공기 굴절률의 온도 의존성을 알아내는 실험 또한 비슷한 방법을 사용할 수 있다. 즉 온도에 따른 굴절률을 측정하여, 굴절률의 변화 관찰을 통해 공기 굴절률의 온도 의존성을 알 수 있을 것이다. 또 다른 방법으로는 공기의 밀도는 온도에 가장 크게 영향을 받으며, 공기의 밀도는 온도가 올라갈수록 더 작아지게 된다는 원리와 빛의 굴절률은 공기의 밀도에 비례하는 원리에 따라 빛의 굴절률은 공기의 온도와 서로 반비례하는 관계임을 알 수 있다. 즉 빛의 굴절률은 공기의 온도가 높아질수록 낮아지게 된다. 또한 이상기체 방정식인 P197

자연과학| 2022.05.23| 15페이지| 2,500원| 조회(275)

결과보고서, 아주대학교, 아주대, A+, 광학실험, 마이컬슨 간섭계

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아주대학교 광학실험 레이저발진 실험 A+ 결과보고서

레이저 발진 실험결과보고서1. 측정값 및 데이터 분석, 결과실험 1 : 레이저 구성요소 동작 테스트 (펌핑 소스 및 이득 매질)1) 펌프 레이저의 공간적 모양2) 펌프레이저의 출력 선형성번호펌프 드라이버전류값 [A]펌프 레이저출력값 [W]번호펌프 드라이버전류값 [A]펌프 레이저출력값 [W]10.050131.20.7120.10141.30.8230.20151.40.93140.30161.51.03650.40171.61.14160.50.001181.71.24670.60.053191.81.35280.70.162201.91.46490.80.269211.921.483100.90.387221.941.5021110.494231.961.525121.10.609- 실험1: 레이저 구성요소 동작 테스트를 위해, 실험을 통해 구한 펌프 드라이버 전류값[A]에 대한 펌프 레이저 출력값[W]의 그래프를 그려보았다. 그래프를 통해 레이저의 출력값은 어느 정도의 전류값을 가지는 특정 지점에서부터 시작되는 것을 알 수 있다. 따라서 펌핑 레이저의 선형성의 오차를 줄이기 위해, 출력값이 측정되기 시작하는 0.5A 부터의 레이저 출력의 기울기를 구하였다. 이 때, 레이저 출력의 기울기 값은 1.0703로 나타났고, 이를 통해 펌핑 소스 레이저의 선형성이 잘 나타나고 있음을 알 수 있다. 또한 x값을 의미하는 펌프 드라이버 전류값을 알고 있다면, 선형 관계식 을 통해 쉽게 y값인 펌프 레이저 출력값을 구할 수 있다.추가적으로, 펌핑 레이저의 선형성이 잘 나타나는지 확인하기 위해 그린 추세선의 결정계수도 0.9995로 99.95%의 아주 높은 비율을 나타내고 있다. 즉 실험이 잘 진행되었음을 알 수 있고, 레이저 구성요소의 동작 테스트도 잘 완료되었다고 할 수 있다.또한 매뉴얼에 명시된 펌프 레이저 다이오드의 최댓값은 5W이다. 하지만 보통 1.6W의 값을 가지는 것을 보아, 실험을 통해 구한 펌프 레이저 출력의 최종값인 1.525W은 의 오차를 가지고 있음을 확인할 수 있다. 이는 5% 미만의 작타나고 있음을 알 수 있고, 이러한 선형성은 어느 정도의 전류값을 가지는 특정 지점에서부터 시작되는 것을 알 수 있다.추가적으로, 펌핑 레이저의 선형성이 잘 나타나는지 확인하기 위해 그린 추세선의 결정계수도 0.9963로 99.63%의 아주 높은 비율을 나타내고 있기 때문에, 실험이 잘 진행되었다고 볼 수 있다.실험 3 : 이차 조화파 형성을 통한 파장 변환 (1064 nm -> 532 nm) 연속발진 레이저 및 Q-switching을 통한 나노초 펄스 레이저 제작1) 532 nm 에서 동작하는 연속발진 레이저 제작-번호펌프 드라이버전류값 [A]펌프 레이저출력값 [W]번호펌프 드라이버전류값 [A]펌프 레이저출력값 [W]10.10111.30.00920.30121.40.01130.50131.50.01440.60141.60.01750.70151.70.0260.80.001161.80.02270.90.003171.90.024810.004181.920.02591.10.006191.950.026101.20.0072020.027- 실험 3번에서는, 이차 조화파 형성을 통한 파장 변환 (1064nm -> 532nm) 연속발진 레이저에 대해 펌프 드라이버 전류값[A]과 펌프 레이저 출력값[W]을 측정한 후, 펌프 드라이버 전류값에 대한 펌프 레이저 출력값의 그래프를 그려보았다. 그래프를 통해 앞선 실험들과 마찬가지로, 처음에는 0으로 일정한 값을 가지다가 전류값 0.8 A 정도에서부터 선형적인 형태로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 따라서 값이 제대로 측정되기 시작한 0.8A 부터의 레이저 출력의 기울기를 구하였다. 즉 레이저 출력의 기울기 값은 0.0224임을 확인할 수 있다. 또한 x값을 의미하는 펌프 드라이버 전류값을 알고 있다면, 선형 관계식 를 통해 쉽게 y값인 펌프 레이저 출력값을 구할 수 있다.또한, 추세선의 결정계수도 0.9871로 98.71%의 아주 높은 비율을 나타내고 있기 때문에, 실험이 잘 진행되었다고 볼 수 있다.2. 질문1. 실험 2와 실험 3에서 출력 현상이다. 즉 강한 세기의 외부 전기장에 의해 비선형 매질 내의 쌍극자의 유도된 진동의 주파수가 외부 전기장의 주파수의 2배가 되는 것을 의미한다. 이 때, 주파수는 파장과 반비례 관계이므로, 파장은 1/2배가 된다. 이는 이번 실험에서, 발진된 1064nm 파장대의 빔이 원래 광원에 없었던 파장 대역인 532nm (1064/2)의 빔으로 바뀌는데 활용된다.따라서 레이저를 설계한 후 비선형 물질을 공진기 외부에 배치하더라도, 위치에 관계없이 이차 조화파를 생성할 수 있을 것이라 예상할 수 있다.3. 고찰이번 실험에서는 다양한 레이저의 종류 중, 가장 먼저 개발된 고체 레이저를 다루고, 연속발진 레이저부터 펄스 레이저 및 파장변환 레이저까지 실험을 통해 직접 제작해본다. 또한 실험을 통해 레이저의 동작원리와 대표적인 비선형 현상 중 하나인 이차 조화파 생성에 대한 이해를 목표로 한다.먼저 레이저(LASER)란 유도방출 방사에 의한 빛 증폭(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)의 머릿글자로, 단색성의 빛을 유도방출을 통하여 높은 세기로 증폭하는 것을 말한다. 또한 레이저는 일상 생활에서 쉽게 접할 수 있는 레이저 포인터부터 산업, 의료, 생산, 군수 등 다양한 분야의 산업에서 널리 사용되고 있는 대표적인 광학기술 중 하나이다.이러한 레이저를 구현하기 위해서는 레이저의 3요소인 공진기(cavity), 이득 매질(gain medium), 펌핑 소스(pumping source)가 필수적이다. 해당 요소가 모두 충족된다면 강한 결맞는 빛을 얻을 수 있다. 즉 유도 방출된 빛이 공진기 내부에서 이득 매질을 반복적으로 지나면 빛의 세기가 증폭되고, 이 때 공진기의 한쪽 거울이 약간의 투과율을 가지고 있다면, 증폭된 빛의 일부가 이 거울을 통해 공진기 밖으로 빠져나가게 된다. 이를 레이저 발진이라고 한다.따라서 이번 실험에서는 먼저, 레이저의 구성요소인 펌핑 소스와 이득 매질의 동작을 확인해보고, 1064 nm 이득 매질을 펌핑 소스의 출력경 앞에 배치하여 이득 매질의 동작성을 확인해 보았다. 즉 이득 매질이 펌핑 소스를 잘 흡수하는 위치에 두어, 하얗게 방출되는 빛을 관찰하는 실험이었다. 이는 빛이 가장 강하게 방출되는 위치에 이득 매질을 고정시키는 단순한 실험 같지만, 어렵게 찾은 하얀 빛이 이득 매질을 고정시키는 순간에 사라지기도 하여, 생각보다 어려웠고 오랜 시간이 걸렸다. 이득 매질을 펌프 레이저 다이오드에서 약 5mm 정도 떨어진 위치에 위치시키고 보안경을 끼고 방출되는 빛을 확인하였더니, 이득 매질에서 방출되는 하얀 빛을 확인할 수 있었다. 따라서 그 곳이 이득 매질이 펌핑 소스를 가장 잘 흡수하는 위치임을 알 수 있었고, 이득 매질 또한 레이저의 구성요소로써 잘 동작하고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 실험 1을 통해 펌핑 소스와 이득 매질이 잘 동작하고, 흡수되고 있는 것을 알 수 있었다.다음으로는 실험2: 1064nm 연속발진 레이저 제작 실험을 진행하였다. 앞선 실험을 통해 레이저의 3요소 중 2가지인 펌핑 소스와 이득 매질을 확인하였기 때문에, 이번 실험에서는 남은 공진기를 직접 제작해본다. 원래는 실험 매뉴얼에 나와있는 대로, 1064nm 대역 연속발진 레이저를 제작한 후, Q-switching 나노초 펄스 레이저도 제작해야 하지만, 오실로스코프 기계 이상으로 연속발진 레이저를 만들어 펌프 레이저의 출력값을 측정하여 선형성을 확인하는 실험까지만 진행하였다. 이번 실험에서는 특히 더 많은 시간 투자가 필요하였다. 그 이유는 펌핑 소스와 이득 매질(Nd:YAG), 1064nm 출력경을 모두 최대한 평형상태에 위치시켰을 때, 레이징되는 빛을 확인할 수 있는데 이렇게 위치시키는 것이 어려웠기 때문이다.먼저 alignment laser를 켠 후, alignment laser가 이득 매질(Nd:YAG)로 정확히 들어가도록 조절하였다. 그 후 레이저 이득 매질에서 반사된 빔이 다시 alignment laser 부근으로 되돌아오도록 이득 매질을 조절하였다화파 형성을 통하여 파장을 변환하고, 이를 이용한 연속 발진 레이저를 제작하는 실험이다. 이번 실험에서도 마찬가지로 오실로스코프의 기기 이상으로 실험 결과를 확인할 수 없어, Q-swtiching을 통한 나노초 펄스 레이저는 제작해보지 못하였다.먼저, 이전 실험에서 사용한 출력경을 치우고, 대신 KTP 크리스탈을 배치하였다. 여기서, KTP 크리스탈이란 특수 이차 조화파 생성 크리스탈로, 비선형 물질이다. 즉 KTP 크리스탈을 배치하여 1064nm에서 532nm로 파장을 변환시킨 레이저를 제작하는 실험이었다.이차 조화파의 생성이란 레이저와 같이 강한 세기의 빛이 비선형 물질로 입사할 때, 입사 빔의 주파수 w의 두배인 2w의 빛이 나타나는 현상이다. 이번 실험에서는 레이저 빔이 KTP크리스탈을 통과하면 주파수는 두배가 되고, 그에 반비례하는 파장은 절반이 되어 532nm의 초록색 빛을 발산하게 되는 것이다. 즉 이차 조화파를 통해 발진된 1064nm 파장대의 빔이 원래 광원에 없었던 파장 대역인 532nm (1064/2)의 빔으로 바뀌게 된다. 그 후 이전 실험들과 마찬가지로, 발진된 빔의 세기를 측정하기 위해 power meter를 출력경 앞에 둔 후 펌프 드라이버의 전류값을 서서히 올리며 펌프 레이저 출력값을 측정하였다. 또한 펌프 드라이버의 전류값에 대한 펌프 레이저 출력값의 그래프를 그려보았다. 마찬가지로 선형적인 특징을 확인할 수 있었다. 그래프를 통해 처음에는 출력값이 0으로 나오다가 특정한 전류값 (0.8A)에서부터 출력값이 크게 변하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 값이 제대로 측정되기 시작한 0.8A 부터의 구한 레이저 출력의 기울기는 0.0224이다. 또한 x값을 의미하는 펌프 드라이버 전류값을 알고 있다면, 그래프에 나타난 선형 관계식 를 통해 쉽게 y값인 펌프 레이저 출력값을 구할 수 있다. 즉 일정한 전류값에 도달하게 되면 레이저 출력값들의 선형적인 특징이 잘 나타나 실험이 잘 진행되었음을 알 수 있다. 또한 매뉴얼에 명시된 대로 5322462

자연과학| 2022.05.23| 13페이지| 3,000원| 조회(254)

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아주대학교 광학실험 단일 슬릿에 의한 회절, 이중 슬릿에 의한 회절과 간섭 A+ 결과보고서 평가A+최고예요

단일 슬릿에 의한 회절,이중 슬릿에 의한 회절과 간섭결과보고서1. 측정값 및 데이터 분석1) 실험 1 : 단일 슬릿에 의한 회절슬릿과 스크린 사이의 거리 : D = 540 mm = 0.54 m슬릿 폭이 0.04 mm 일 때m=1m=2어두운 띠 사이 거리 (2y)19 mm38 mm중간에서 어두운 띠 사이 거리 (y)9.5 mm19 mm계산된 슬릿 폭0.03695 mm0.03695 mm오차율7.625 %7.625 %계산과정m (차수) =1λ (빛의 파장) =D (슬릿과 스크린 사이의 거리) : D2y (어두운 띠 사이 거리) : 2y =y (중간에서 어두운 띠 사이 거리) : y =a (슬릿 폭) : a =오차율 :m (차수) =2λ (빛의 파장) =D (슬릿과 스크린 사이의 거리) : D2y (어두운 띠 사이 거리) : 2y =y (중간에서 어두운 띠 사이 거리) : y =a (슬릿 폭) : a =오차율 :슬릿 폭이 0.08 mm 일 때m=1m=2어두운 띠 사이 거리 (2y)9 mm18.5 mm중간에서 어두운 띠 사이 거리 (y)4.5 mm9.25 mm계산된 슬릿 폭0.078 mm0.0758 mm오차율2.5 %5.25 %계산과정m (차수) =1λ (빛의 파장) =D (슬릿과 스크린 사이의 거리) : D2y (어두운 띠 사이 거리) : 2y =y (중간에서 어두운 띠 사이 거리) : y =a (슬릿 폭) : a =오차율 :m (차수) =2λ (빛의 파장) =D (슬릿과 스크린 사이의 거리) : D2y (어두운 띠 사이 거리) : 2y =y (중간에서 어두운 띠 사이 거리) : y =a (슬릿 폭) : a =오차율 :- 단일 슬릿의 회절 패턴 사진: 슬릿 폭 = 0.04mm : 슬릿 폭 = 0.08mm단일 슬릿에 의한 회절무늬가 나타나는 이유는 단일 슬릿 위의 각 점이 새로운 점광원이 되기 때문이다. 각 점광원에서 스크린에 수직으로 진행한 빛들은 같은 거리를 진행하므로 위상이 동일하여 보강간섭을 하며 밝은 띠를 만들게 된다. 실험 1: 단일 슬릿에 의한 회절 실험의값을 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다. 이중 슬릿의 슬릿 간격의 오차율이 단일 슬릿의 슬릿 폭의 오차율보다 크게 나타난 이유를 생각해보면, 단일 슬릿에서는 슬릿 폭을 계산하기 위해 중간의 밝은 무늬를 중심으로 대칭위치에 있는 어두운 띠 사이의 거리를 측정해 값을 구하였지만, 이중 슬릿에서는 슬릿 간격을 구하기 위해 중간의 밝은 무늬를 중심으로 대칭위치에 있는 밝은 띠 사이의 거리를 측정하여 값을 구하였기 때문에 오차가 크게 나타난 것이라 추측할 수 있다. 즉 슬릿 간격을 구하기 위해 이중 슬릿에 의해 나타난 회절 무늬 중 한 간섭 무늬를 집중적으로 보아, 밝은 띠 사이의 거리를 측정해야 한다. 하지만 이 과정에서 밝기를 눈으로 판단하기 때문에 가장 밝은 부분과 양 옆의 밝은 부분의 밝기가 비슷하다면 구분에 있어 오차가 발생할 수 있고, 스크린 상에 비추어지는 무늬가 매우 작기 때문에 펜으로 직접 회절무늬를 표시하고, 거리를 측정하는 과정에서 오차가 발생하였을 것이라 예측할 수 있다. 또한 이번 실험은 전체적으로 아주 미세한 길이 단위의 측정 실수에도 큰 오차가 발생할 수 있기 때문에 이중 슬릿 실험의 경우 오차가 더 큰 것으로 추측된다.- 다중 슬릿의 회절 패턴 사진: 이중 슬릿 (a=0.04mm, d=0.125mm) : 삼중 슬릿 (a=0.04mm, d=0.125mm): 사중 슬릿 (a=0.04mm, d=0.125mm) : 오중 슬릿 (a=0.04mm, d=0.125mm)다중 슬릿의 회절 무늬를 관찰하기 위해 슬릿의 개수를 점점 늘리며 스크린 상에 회절 무늬가 어떻게 나타나는지 확인해 보았다. 슬릿의 폭(a)은 0.04mm로, 슬릿의 간격(d)은 0.125mm로 일정하게 맞춘 후 실험을 진행하였다. 슬릿의 폭이 동일하기 때문에 전체적인 회절 무늬는 거의 비슷한 모습이었고, 슬릿의 간격 또한 동일하므로 회절 무늬의 한 부분을 집중적으로 보면 그 부분의 간격도 동일한 것을 알 수 있다. 또한 슬릿의 개수가 점점 많아질수록 스크린 상에 보이는 간섭 무늬의 밝고하며 주로 광학기기의 성능을 나타낼 때 사용된다. 분해능이 작다면 아주 가까워 보이는 두 물체도 서로 다른 물체로 볼 수 있고, 분해능이 크다면 서로 떨어져 있는 두 개의 물체임에도 불구하고 하나의 물체로 인식하게 된다. 즉 광학계가 공간적으로 가까울 때 이를 분간하는 능력을 말하며 그 값이 작을수록 분해능이 우수하다. 실험을 통해 Circular 혹은 Holes Aperture에 대한 회절패턴이 여러 개의 에어리 고리로 나타나는 것을 확인하였고, 따라서 상의 분해능은 각 에어리 고리의 크기에 달려있다고 예측할 수 있다. 즉 공간 분해능에 따라 Circular 혹은 Holes aperture에 대한 회절 패턴의 동심원 형태가 얼마나 잘 구분되는가로 빛의 공간 분해능에 대해 논할 수 있다. 분해능의 값이 작을수록 분해 성능이 좋기 때문에 Circular과 Holes apertures에 의해 만들어지는 회절 패턴이 에어리 고리가 겹쳐서 식별이 불가능하다면 분해능이 떨어지는 것이고, 에어리 고리가 눈이나 과학 기계로 분간이 가능하다면 분해능이 좋은 것이다. 분해능을 좋게 하기 위한 방법으로는 회절 패턴의 에어리 고리 모양의 크기를 최대한 줄여서 실제 두 점처럼 작게 만들면 된다. 즉 에어리 고리는 빛이 회절 하면서 발생하는 현상이므로 회절을 최대한 일어나게 않게 한다면 분해능의 값을 줄일 수 있다. 또한 파장이 길수록 회절이 잘 발생하고, 파장이 짧다면 회절이 덜 발생하게 되므로 가시광선 대신에 파장이 짧은 자외선을 사용한다면 보다 자세한 관찰이 가능해질 것이다.2) 실험 2 : 이중 슬릿에 의한 회절과 간섭1. 이중 슬릿의 슬릿 간격은 회절 무늬의 밝은 띠 사이의 간격에 어떻게 영향을 미치는가?이중 슬릿의 슬릿 간격과 회절 무늬의 밝은 띠 사이의 간격은 반비례 관계이다. 이러한 관계는 실험 2: 이중 슬릿에 의한 회절과 간섭에서 이론적으로 유도한 식 d = 를 통해 알 수 있다. 이 식에서 m은 차수, 는 빛의 파장(슬릿의 위 가장자리와 아래 가장자리의 점광원에서 = 를 유도할 수 있다. 이 식에서 m은 차수, 는 빛의 파장(슬릿의 위 가장자리와 아래 가장자리의 점광원에서 떠난 두 빛이 스크린에 도달할 때까지의 광로차), D는 슬릿과 스크린 사이의 거리, y는 중간의 밝은 무늬의 가운데 점에서 어두운 띠까지의 거리를 의미한다. 실제 실험에서는 빛의 파장은 650nm로, 슬릿과 스크린의 사이의 거리는 540mm=0.54m로 일정하게 고정시킨 후 차수를 1,2로 바꾸어 가며 실험을 진행하였다. 즉 이번 실험에서는 단일 슬릿의 어두운 띠 사이의 간격을 측정함으로써 슬릿 폭을 계산할 수 있다. 또한 위의 식을 통해 차수와 빛의 파장, 슬릿과 스크린 사이의 거리가 일정하다면 슬릿 폭(a)와 회절 무늬 간격(y)는 반비례하는 관계임을 알 수 있다. 따라서 실험을 진행하기 전, 슬릿의 폭이 두배가 된다면 측정되는 회절 무늬의 간격은 배가 될 것이라 예상하였다. 하지만 실제 실험 결과 슬릿 폭이 0.08mm일 때의 회절 무늬 간격은 슬릿 폭이 0.04mm일 때의 회절 무늬 간격에 배가 아니었다. 이는 애초에 각 슬릿 폭을 계산하는 과정에서 오차가 발생하였기 때문이라 생각한다. 즉 0.04mm에서 측정한 슬릿 폭은 실제 폭과 약 7.625%의 오차가 발생하였고, 0.08mm에서 측정한 슬릿 폭은 실제 폭과 약 2.5%, 5.25%의 오차가 발생하였기 때문에 회절 무늬의 간격 또한 정확히 배가 되지 않은 것이라 추측할 수 있다. 이러한 오차가 발생한 이유로는 회절 무늬의 어두운 띠와 밝은 띠를 눈으로 측정하는 과정에서의 부정확함과, 회절 무늬를 펜으로 따라 그리는 과정에서 손 떨림에 의한 것이라 추측할 수 있다. 또한 장비의 노후나 세팅의 문제로 레이저 광원이 슬릿면에 수직으로 입사하지 않아 각의 틀어짐에 의한 오차도 발생하였을 것이라 생각한다. 또한 실제 실험에서 회절 무늬를 관찰하기 위해 지지대에 A4용지를 테이프로 붙여 스크린을 만들었다. 이러한 과정에서 완벽히 평평한 면을 만들지 못했을 것이고, 따라서 깨끗하고 선명한 회절무늬를발생하게 되고, 중심을 대칭으로 밝고 어두운 띠의 간섭무늬가 나타나게 된다. 따라서 회절/간섭 무늬를 통해 빛이 파동으로써의 성질을 가지고 있음을 밝혀낸 것이다. 이번 실험은 앞서 사용한 단일 슬릿 대신 이중 슬릿을 사용하여 실험적으로 슬릿의 간격을 구하고, 실제 실험에서 사용된 슬릿 간격과 비교해 오차율을 계산해 보는 실험이다. 또한 슬릿의 간격을 구하는 식인 d = 을 통해 회절 무늬의 밝은 띠 사이의 간격과 슬릿 간격과의 관계도 확인할 수 있다.실험을 통해 이중 슬릿의 슬릿 간격을 d = 의 식을 통해 계산하였다. 이 식에서 m은 차수, 는 빛의 파장(슬릿의 위 가장자리와 아래 가장자리의 점광원에서 떠난 두 빛이 스크린에 도달할 때까지의 광로차), D는 슬릿과 스크린 사이의 거리로 앞선 슬릿 폭을 구하는 식과 동일한 값을 가진다. 하지만 y는 중간의 밝은 무늬의 한 가운데 점에서 같은 회절 무늬에 있는 밝은 띠까지의 거리를 의미한다. 즉 y의 값을 구하기 위해 중간의 밝은 무늬를 중심으로 대칭위치에 있는 밝은 띠 사이의 간격을 측정하여 배 하였다. 그 후 위의 식에 대입하여 슬릿 간격을 구하였다. 또한 실험을 통해 계산한 슬릿 간격과 실제 실험에서 사용한 슬릿 간격과의 오차율 계산하였다. 오차율은 약 10%~15%로 나타났다. 이는 앞선 단일 슬릿에서의 슬릿 폭의 오차율 보다 더 큰 값이었다. 오차가 크게 발생한 이유로는, 이중 슬릿 실험에서는 밝은 무늬의 한 가운데점에서 같은 회절 무늬에 있는 밝은 무늬까지의 거리를 측정하는 데 그 간격이 매우 좁아 세밀한 측정이 어려웠기 때문이다. 즉 슬릿 간격을 측정하는데 필요한 밝은 띠 사이의 거리의 부정확한 측정이 큰 오차를 불러왔다고 생각한다. 또한 밝기를 구분하는 것 역시 사람이 눈으로 판단하므로 가장 밝은 부분과 양 옆의 밝은 띠들 사이의 거리를 정확하게 측정하기에 어려움이 있었다.이번 실험에서 슬릿의 간격을 계산하기 위해 사용한 d = 의 식을 통해 차수, 빛의 파장, 슬릿과 스크린 사이의 거리가 일정하다%88

자연과학| 2022.05.23| 19페이지| 2,500원| 조회(886)

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아주대학교 광학실험 홀로그램 A+ 결과보고서

홀로그램 결과보고서1. 결과- 실험 셋업: 레이저 빔이 spatial filter의 중앙으로 수평하게 입사하도록 alignment 하였다.- 반사형 홀로그램 제작: 슬라이드 글라스에 물체(동전)를 부착시킨 후, 앞에 홀로그램 전용 필름을 두고, 거기에 레이저 빔을 입사시킨 것이다. 이 때, spatial filter를 지난 레이저 빔이 거의 동전의 크기와 같도록 조절하였다. 그 후 레이저 빔의 조사시간에 따른 반사형 홀로그램 상의 변화를 관찰하였다. 레이저 빔의 조사시간은 차례대로, 1분 -> 3분 -> 5분 -> 7분 -> 10분 순으로 늘려가며 실험을 진행하였다.조사시간 : 1분 조사시간 : 3분조사시간 : 5분 조사시간 : 7분조사시간 : 10분- 투과형 홀로그램 제작: 홀로그램 전용 필름을 두고, 앞쪽의 슬라이드 글라스에 위에 물체(스파이더맨 피규어)를 고정시켜 피규어에 레이저 빔을 입사시킨다.이 때, spatial filter를 지난 레이저 빔이 스파이더맨 피규어 크기와 거의 같도록 조절하였다. 그 후 앞서 반사형 홀로그램 상이 제일 잘 관찰된 10분을 조사시간으로 정하고, 피규어를 내린 후에 투과형 홀로그램 상을 관찰하였다.2. 고찰이번 홀로그램 실험에서는 반사/투과형 홀로그램의 원리를 이해하고, 홀로그램 전용 필름을 이용하여 물체에 대한 반사/투과형 홀로그램을 직접 제작해보았다. 먼저, 홀로그램의 어원은 ‘완전함, 전체’를 의미하는 Holo와 ‘정보, 메시지’를 뜻하는 gram의 합성어로, 홀로그래피의 원리를 이용한 것이다. 즉 위상이 일치하는 광원인 레이저 빔의 간섭현상을 이용하여 실제 물체가 가지고 있는 입체 정보를 사진용 필름과 유사한 표면에 3차원 이미지를 기록한 영상물이다. 또한 홀로그래피에서는 진폭뿐만 아니라 위상의 정보를 재생할 수 있다는 특징이 있다.이러한 홀로그램은 제작 시 사용되는 원리에 따라 시각적으로 다양한 입체적 효과를 지니게 된다. 제작된 홀로그램을 보는 방법에 따라, 즉 재생방식에 따라 반사형과 투과형 홀로그램으로 구분할진행하기에 앞서, 먼저 실험 셋업을 진행하였다. He-Ne laser에서 방출된 레이저 빔이 1번 Sliver mirror – 2번 Sliver mirror – Spatical filter – Object 순으로 진행하도록 실험 준비 단계를 거쳤다. 즉 레이저 빔이 spatial filter의 중앙으로 수평하게 입사하도록, spatical filter를 앞뒤로 움직여가며 1번과 2번 sliver mirror의 뒷면에 있는 나사를 미세하게 조정하여 alignment 하였다.그 후 반사형 홀로그램을 제작하였다. 먼저, 슬라이드 글라스에 물체를 부착시킨 후, 앞에 홀로그램 전용 필름을 두었다. 이 때, 물체는 50원짜리 동전을 사용하였고, 슬라이드 글라스에 붙인 물체(동전)와 홀로그램 필름은 최대한 밀착시키려고 노력하였다. 그 후 물체를 향해 레이저 빔을 입사시켰다. 이 때, spatial filter를 지난 레이저 빔이 거의 동전의 크기와 같도록 조절하였고, 레이저 빔의 조사시간에 따른 반사형 홀로그램 상의 변화를 관찰하였다. 레이저 빔의 조사시간은 차례대로, 1분 -> 3분 -> 5분 -> 7분 -> 10분 순으로 늘려가며 실험을 진행하였다.먼저 반사형 홀로그램 실험이란, 홀로그램 전용 필름을 이용하여 슬라이드 글라스에 부착된 물체(동전)에 대한 홀로그램 상을 얻는 실험이다. 이론적으로, He-Ne laser에서 나온 빔이 spatial filter를 통과하면 구면파로 퍼져 나가는데, 구면파 중 하나는 물체(동전)에 조명되어 물체파를 만들어 필름의 앞에 조명되고, 또 다른 하나는 그대로 필름의 뒷면에 조명되어 기준파를 만들게 된다. 즉 물체에서 반사된 빛과 홀로그램 필름으로 입사하는 빛이 모두 홀로그램 필름에 입사하게 되고, 내부에서 간섭하면 홀로그램 필름 내부에 물체의 정보를 기록하게 되어 3차원의 이미지를 얻게 되는 것이다. 이 때, 간섭 무늬의 패턴은 물체 표면에서의 거리에 의하여 결정되기 때문에 간섭 무늬에는 물체의 정보가 기록되어 있다. 그 후 물체를 의 크기가 동전(물체)의 크기와 맞지 않았다. 즉 실험을 진행할 때, 동전을 부착시킨 슬라이드 글라스와 홀로그램 전용 필름의 고정이 어려워 레이저 빔이 동전에 충분히 퍼지지 못하였다. 따라서 레이저 빔이 동전의 크기에 많이 벗어난 쪽으로 입사되었고, 실제 실험 결과 홀로그램 전용 필름에 빛이 입사되지 않은 쪽은 동전 면의 형태가 잘 나타나지 않았다. 이를 통해 필름에 빛이 들어오는 각도가 실험오차에 큰 영향을 끼치는 것을 알 수 있었다. 즉 조금 더 세밀하게 레이저 빔의 각도를 맞추어 실험을 진행하였다면 레이저 빔이 정확하게 동전의 면에 들어가 필름 상에서도 동전 면이 완벽히 보이는 실험 결과를 얻을 수 있었을 것이다. 또한 추가적으로, 필름에 빛이 들어오는 각도가 커질수록 반사된 물체파가 더 큰 각도로 반사되므로 기준파와의 간섭이 더 작게 일어나 홀로그램 상의 결과가 좋지 않을 것이라 예측할 수 있다. 실제 실험에서도 빛이 동전면에 비스듬한 각도로 입사한 경우에 동전 면이 제대로 나오지 않은 것을 확인할 수 있다. 그 후 점차 실험을 진행해보니, 동전이 부착된 슬라이드 글라스와 홀로그램 전용 필름을 고정시키는 것이 손에 익어 익숙해졌다. 조사시간 3분에서는 레이저의 빔이 거의 동전의 크기와 같게 입사되었고, 결과적으로도 동전 모양이 필름에 잘 나타났다. 그 후 조사시간 5분의 실험을 진행하였다. 실험을 진행하기에 앞서 처음에, 동전을 부착한 슬라이드 글라스를 홀로그램 전용 필름에 테이프로 고정시키는 과정에서 실수로 필름을 떼어버려 공기방울이 생겼다. 따라서 공기방울이 생긴 자리에는 레이저 빔을 동전 크기에 맞게 제대로 입사시켜도, 동전 형태가 제대로 나타나지 않은 것을 위의 실험 결과(조사시간 : 5분)를 통해 확인할 수 있다. 즉 필름을 떼었다 붙이면서 생긴 공기방울과 미세한 먼지들이 오차 발생의 원인이라 생각한다. 또한 필름이 1장뿐이라, 필름을 꽉 채워 5번의 실험을 해야 했기 때문에, 실험을 다시 진행할 수 없어 만족스러운 실험 결과를 얻지 못해 아쉬으로, 홀로그램은 기준파과 물체파의 간섭뿐만 아니라 물체파끼리의 간섭도 존재하기 때문에, 더 좋은 홀로그램 상을 구현하기 위해서는 기준파와 물체파의 세기 조절도 필요할 것이라 예측할 수 있다.다음으로는 투과형 홀로그램을 제작하였다. 이 또한 레이저를 이용하여 홀로그램을 제작하고, 이로부터 파면에 대한 정보를 필름에 기록하는 원리인 파동의 간섭성으로 이해하는 것이다. 투과형 홀로그램에서 물체는 스파이더맨 피규어를 사용하였다. 투과형 홀로그램은 물체에 의해 굴절되어 홀로그램 필름으로 들어오는 빛(물체 빔)과 그대로 입사하는 빛(기준 빔)을 홀로그램 필름 내부에서 간섭하게 함으로써 제작할 수 있다. 따라서 홀로그램을 재생하기 위해서는 레이저 빔의 입사 각도와 방향이 중요하다. 따라서 빔을 spatial filter로 확산시키면서, 물체인 스파이더맨 피규어보다 크게 조명시키고, 기준 빔도 홀로그램 전용 필름의 영역보다 크게 조명시켰다. 이론상, 필름에 입사되는 기준 빔의 각도가 45도가 되면, 물체 빔과 기준 빔의 간섭에 의한 회절 효율을 최대화시킬 수 있다. 따라서 실제 실험에서도 기준 빔을 45도 각도로 맞추려고 노력하였다. 또한 이전 실험인 반사형 홀로그램에서, 홀로그램 상이 제일 잘 나온 10분과 동일한 시간으로 빔을 조사하였다. 실제 실험 결과, 투과형 홀로그램 실험은 성공적이었다. 즉 필름에서 가상의 스파이더맨 피규어 상을 선명하게 잘 확인할 수 있었다.홀로그램은 인체와 기계의 정밀 진단에서 자연과 문화의 입체 보존, 엔터테인먼트까지 다양하게 응용되고 있다. 즉 홀로그램에서 3차원 이미지를 구현할 수 있다는 장점은 다양한 콘텐츠에서 무한한 응용력을 보여주므로, 미래의 사회에서도 널리 사용될 것으로 예측된다. 또한 홀로그램 기술은 부분 속에 전체 정보를 저장할 수 있다는 특징이 있어, 정보 유실 시 복원이 용이하며, 깊이감 있는 입체감과 독특한 컬러 변화가 표현되어 동일 영상의 복제가 거의 불가능하다. 이에 따라 지폐나 신용카드의 위조방지 표식, 정품인증 스학소자에도 사용되고 있고, 디스플레이용도나 광통신용의 산업기계, 광정보처리 등의 분야에도 활용되고 있다. 특히 BMW-홀로액티브는 차량용 인포테이먼트 조작 시스템인 홀로액티브 터치 기술이다. 즉 운전자에게 가상의 터치스크린 화면을 제공해 손짓으로 홀로그램 화면을 조작할 수 있도록 한 인터페이스이다. 이와 같이 홀로그램이 실제 영화에서 그려진 형태로 상용화가 되기까지의 많은 노력과 기술들이 쏟아지고 있음을 알 수 있다.3. 참고문헌- 홀로그램 / p.27-p.31 / 광학실험 매뉴얼 (2021-2, 후반기 응용광학실험) Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%99%80%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%94%BC" https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%99%80%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%94%BC Hyperlink "https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=panoptics&logNo=221020283461" https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=panoptics&logNo=221020283461 Hyperlink "https://news.samsungdisplay.com/8907/" https://news.samsungdisplay.com/8907/ Hyperlink "file:///C:/Users/USER/Downloads/%ED%99%80%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%A8%EC%9D%98%20%EC%9D%91%EC%9A%A9.pdf" file:///C:/Users/USER/Downloads/%ED%99%80%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%A8%EC%9D%98%20%EC%9D%91%EC%9A%A9.pdf Hyperlink "https://llppllp6.tis

자연과학| 2022.05.23| 7페이지| 2,500원| 조회(215)

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아주대학교 광학실험 광연마 A+ 결과보고서

광연마 결과보고서실험1. 옵티컬 플랫 (Optical flat, 광학적 평면유리)1. 측정 및 결과뉴턴 원무늬 측정 기록표순서측정 시간뉴턴 원무늬측정결과(오목/볼록/평면)뉴턴 원무늬 형태(사진)뉴턴원무늬개수원형 stroke 방법비고114시 08분볼록11원형 stroke를 살짝 크게 주어 볼록한 부분(중앙과 왼쪽 외각 사이)을 연마221시 17분볼록 + 오목9원형 stroke를 작게 주어 오목한 부분(위쪽)의 주위를 연마 + 원형 stroke 크게 주어 볼록한 부분(중앙)을 연마321시 36분볼록셀 수 X원형 stroke를 매우 작게 주어 볼록한 부분(아래쪽 외각)을 살짝 연마외각연마 실패421시 51분볼록12원형 stroke를 살짝 크게 주어 볼록한 부분(왼쪽 대각선 아래)을 연마522시 02분볼록20원형 stroke를 작게 주어 볼록한 부분(왼쪽 대각선 아래 외각)을 살짝 연마622시 14분볼록12원형 stroke를 작게 주어 볼록한 부분(오른쪽 외각)을 연마722시 28분볼록셀 수 X원형 stroke를 매우 작게 주어 볼록한 부분(오른쪽 대각선 위 외각)을 살짝 연마외각연마 실패822시 42분볼록셀 수 X원형 stroke를 작게 주어 볼록한 부분(오른쪽 대각선 아래 외각)을 살짝 연마외각연마 실패922시 57분볼록셀 수 X원형 stroke를 살짝 크게 주어 볼록한 부분(중앙)을 연마외각연마 실패1023시 18분볼록 + 오목 + 볼록15원형 stroke를 작게 주어 오목한 부분(중앙)의 주위와 볼록한 부분(오른쪽 대각선 아래, 오른쪽 대각선 위)을 연마1123시 31분볼록 + 오목 + 볼록셀 수 X원형 stroke를 작게 주어 오목한 부분(중앙)의 주위와 볼록한 부분(오른쪽 대각선 아래 외각)을 연마외각연마 실패1223시 44분볼록 + 오목 + 볼록셀 수 X원형 stroke를 작게 주어 오목한 부분(중앙)의 주위와 볼록한 부분(위쪽 외각, 아래쪽 외각)을 연마외각연마 실패2. 질문1. 뉴턴 원무늬를 측정할 때 유리시료가 표준평면원기의 밑면에 놓여야 하는 이유, 중앙부분의 볼록한 부분을 연마하여 외각의 오목한 부분과 비슷하게 맞추어야 한다. 따라서 원형 stroke를 크게 주어 중앙부분의 볼록한 부분에 연마를 진행하여야 한다.하지만 실제 실험에서, 중앙의 볼록한 부분만 연마하여 외곽의 오목한 부분과 평평하게 만드는 것은 굉장히 어렵다. 즉 일정한 힘으로 원형 stroke를 크게 주어 연마를 진행하는 것은 원형 stroke를 작게 주어 연마를 하는 것보다 어렵다. 따라서 먼저, 원형 stroke를 크게 주어 중앙의 볼록한 부분에 충분한 연마를 진행하여 외각의 오목한 부분보다 조금 더 오목한 상태로 만든 후, 다시 원형 stroke를 작게 주어 중앙부분 보다 상대적으로 볼록해진 외각부분의 연마를 조금씩 미세하게 진행하여 중앙부분과 평평하도록 연마해주면 더욱 평평한 면을 만들 수 있을 것이고, 이상적인 뉴턴 원무늬의 측정도 가능할 것이다.5. 광택 연마(polishing)를 진행할 때 연마제가 공급되지 않은 상태로 연마를 계속 진행하면 어떠한 현상이 발생하겠는가?광택 연마(polishing)는 1~2차로 연마된 유리시료의 표면을 가장 부드러운 연마제로 연마하는 과정으로, 연마제는 를 사용한다. 유리시료가 연마제의 재료와 물 그리고 연마 평면판 위에서 주로 화학적 작용에 의해 연마과정을 겪게 되는데, 이 과정을 잘 수행하면 1~2차 연마 공정 후 유리시료의 표면이 탁한 빛에서 투명하게 변하는 것을 관찰할 수 있다.따라서 연마제가 공급되지 않은 상태로 광택 연마를 계속 진행한다면, 화학적 작용이 발생하지 않아 유리시료의 표면이 탁한 빛에서 투명하게 변하는 것의 관찰이 불가능 할 것이다. 또한, 광택 연마는 앞선 1~2차의 연마와는 달리 유리시료를 평면금속판 위에서가 아닌, 탄성이 있는 부드러운 광택 연마용 평면판 위에서 연마하므로 연마제가 공급되지 않은 상태로 연마를 계속 진행한다면 광택뿐만 아니라 유리 시료의 표면도 잘 연마되지 않을 것이다.6. 2차 연마(Smoothing)용 평면금속판은 좋은 평면 유지를 위해 수시로 즈의 곡률반경도 계산해 낼 수도 있다.이번 실험에서는 면취 -> 1차 연마 -> 2차 연마 -> 광택 연마 순으로 평면 유리를 가공해보았다. 또한 이번 실험에서 가장 중요한 점은 연마가 끝나면 항상 연마용 유리와 평면 금속판에 남아있는 연마제를 깨끗하게 제거해야 한다는 것이다. 그래야 다음의 공정진행에 차질이 없기 때문이다. 즉 각각의 연마 과정에서 다른 크기의 알갱이가 섞인 연마제를 사용하기 때문에, 그 다음의 과정을 잘 진행하기 위해서는 연마용 유리와 평면 금속판을 흐르는 물로 깨끗하게 세척하여야 한다.제일 먼저, 면취 과정을 진행하였다. 이는 광학소자의 모서리 부분을 부드럽게 하는 공정으로, 날카롭거나 거친 표면을 없앰으로써 안전성 및 편리성을 높여주는 과정이다. 즉 연마용 유리의 날카로운 모시리 부분 때문에 발생할 수 있는 안전 사고를 줄이기 위한 과정이다. 먼저 연마제인 #600 파우더를 물과 잘 혼합하여 붓으로 오목한 원형 금속판 면에 고르게 발라주었다. 그 후 오목한 원형 금속판 면의 회전 방향과 반대 방향으로 원형 stroke를 주어 유리시료의 면취 깊이가 1mm 정도 되도록 진행하였다. 이 때, 유리시료를 약하게 잡고 있기보다는 적당한 압력을 가하여야 이상적인 면취를 할 수 있다. 앞서 말했듯이, 면취가 끝나면 면취용 tool을 물로 깨끗이 세척하여 남아있는 연마제(#600 파우더)를 완전히 제거하여야 한다. 이래야 다음 공정 진행에 차질이 없고, 면취용 tool도 오래 사용할 수 있다.다음으로는 1차 연마를 진행하였다. 이는 주어진 유리시료의 표면을 거칠게 가공하는 것으로, 연마용 금속평면판 위에 공급되는 연마제로는 carborundum (SiC : 실리콘 파우더) ), emery : 알루미늄 옥사이드 파우더), boron carbide() 등이 있다. 하지만 1차 연마에서는 유리시료의 표면을 거칠게 가공하는 것이므로, grain size가 #600 파우더를 사용한다. 이는 앞선 면취 과정에서 사용한 연마제와 동일한 연마제이다. 마찬가지로, . 2차 연마가 완료되면 유리시료를 물로 세척하고 물기를 없앤 후, 스크래치가 있는지 없는지 여부를 확인하여야 한다. 만약 스크래치가 있다면, 그 부분에 원형 stroke의 생각하며 스크래치가 없어질 때까지 연마를 계속해서 진행하여야 한다. 즉 스크래치가 없는 최대한 깔끔하고 평평한 평면이 유지되도록 만들어야 한다. 2차 연마가 끝난 후, 스크래치의 여부를 확인해보니 다행히 눈으로 확인되는 스크래치는 없었다. 따라서 2차 연마가 완료되었다고 생각하여, 유리시료에 남아있는 연마제를 흐르는 물로 깨끗하게 세척하여 완전히 없어지도록 하였다. 이 또한 다음 공정인 광택 연마에서 다른 연마제를 사용하기 때문에, 깨끗하게 세척하지 않으면 유리시료의 표면에 스크래치(유리표면의 긁힘)가 생길 수 있기 때문이다. 또한 손에 묻어 있는 연마제의 grain을 제거하기 위해, 손도 꼼꼼하게 씻어주었다.마지막으로는 광택 연마를 진행하였다. 광택 연마는 1~2차에서 연마된 유리시료의 표면을 가장 부드러운 연마제로 연마하는 공정이다. 유리시료가 연마제의 재료와 물 그리고 연마 평면판 위에서 주로 화학적 작용에 의해 연마과정을 겪게 된다. 이 과정을 잘 수행하면, 1~2차 연마 공정 후 유리시료의 표면이 탁한 빛에서 투명하게 변하는 것을 관찰할 수 있다. 또한 광택 연마는 1~2차 연마와는 달리 유리시료를 평면 금속판 위에서가 아닌, 탄성이 있는 부드러운 광택 연마용 평면판 위에서 연마하게 된다. 즉 광택 연마는 1~2차 연마 공정과 유사한 방법으로 진행되지만, 광택 연마용 평면판은 1~2차 연마에서 사용한 연마용 판보다 크기가 훨씬 작기 때문에 원형 stroke를 더욱 신중하게 생각하여 평평하게 연마를 해주어야 한다. 즉 판이 작기 때문에 유리 시료를 골고루 돌려가며 연마를 진행해야만 모든 면이 고르게 투명해질 수 있다. 또한 광택 연마 시 광택 연마용 평면판의 회전방향과 반대로 유리시료의 원형 stroke를 줄 때는 연마속도가 빠르므로, 유리시료의 표면 상태가 더 큰 폭으로 변할 수 로는 만든 유리시료의 형태는 중앙면을 오목하고, 위쪽 외각과 아래쪽 외각을 볼록한 모습이었다. 계속해서 오목한 면의 주위를 연마하고, 볼록한 부분을 연마시켜 높이를 맞추려고 노력하였으나 형태가 계속 이상하게 변하여 제대로 된 평평한 면을 만들 수 없었다. 이는 연마과정에서 원형 stroke를 잘못 주었거나 일정한 압력을 가해주지 못해 특정 한 부분이 더 빨리 연마되었거나, 덜 연마되었기 때문이라 추측할 수 있다. 또한 실험을 진행하면서, 전체적으로 볼록한 면이 하나가 나타나 그 부분만 연마를 진행하여 평평한 면을 만드는 것보다, 오목한 면 주위를 연마하여 평평한 면으로 만드는 것이 더 어려웠다. 실제 중앙에 나타난 오목한 면 주위를 연마하는 과정에서 원형 stroke를 크게 주며 일정한 압력을 가하였다고 생각했음에도, 더 많은 시간이 투자되었고, 결론적으로는 형태가 이상하게 변하였기 때문이다. 최종적으로 나타난 볼록+오목+볼록의 형태에서 외각의 볼록한 면은 원형 stroke를 적게 주어 연마를 계속 진행하고, 중앙의 오목한 부분의 주위를 연마하기 위해서는 조금 더 큰 원형 stroke를 일정하고 적절한 압력을 주어 계속 연마를 진행하였다면, 평면도가 높은 유리 시료를 제작할 수 있었을 것이다. 또한 최종적으로 나타난 유리시료의 형태를 살펴보면 외각 면 즉 모서리 부분에 셀 수 없이 많은 뉴턴 링이 나타난 것을 확인할 수 있다. 이는 외각 면이 제대로 연마되지 않았기 때문이고, 따라서 주위보다 미세하게 더 탁함을 확인할 수 있다. 따라서 원형 stroke를 매우 적게 주어 약 30분 정도 모서리 부분의 연마까지 더 진행하였다면 조금 더 평면도가 높은 유리 시료를 제작할 수 있었을 것이다.즉 실제 실험 결과 완벽하게 평면유리 광학소자를 만들지는 못하였지만, 여러 연마과정을 직접 실습해 봄으로써 실생활에서 접할 수 있는 오목렌즈, 볼록렌즈 등 다양한 광학소자들의 제작 원리를 제대로 이해할 수 있어 의미가 있었다고 생각한다. 또한 이러한 과정을 기계로뿐만 아니라 사람m/56

자연과학| 2022.05.23| 12페이지| 2,500원| 조회(524)

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