본문내용
1. 간섭과 회절
1.1. 실험 목적
이중 슬릿 및 단일 슬릿을 이용한 간섭 및 회절을 통하여 파동의 기본적인 특성인 간섭성을 이해하는 것이 이번 실험의 목적이다.
광원인 레이저빔을 이용하여 단일 슬릿과 이중 슬릿에서 회절 및 간섭 현상을 관측하고, 관측된 패턴을 분석함으로써 파동의 간섭성과 회절 특성을 확인하고자 한다.
실험을 통해 슬릿의 크기, 슬릿 간격, 광원과 스크린 사이의 거리 등의 변화에 따른 간섭무늬와 회절패턴의 변화를 살펴봄으로써 파동의 기본 특성을 이해하고자 한다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. 회절
회절은 파동이 장애물 뒤쪽으로 돌아 들어가는 현상이다. 입자가 아닌 파동에서만 나타나는 성질로, 입자의 진행경로에 틈이 있는 장애물이 있으면 입자는 그 틈을 지나 직선으로 진행한다. 그러나 파동의 경우, 틈을 지나는 직성 경로뿐 아니라 그 주변의 일정 범위까지 돌아 들어간다. 이처럼 파동이 입자로서는 도저히 갈 수 없는 영역에 휘어져 도달하는 현상이 회절이다.
회절의 정도는 틈의 크기와 파장에 영향을 받는다. 틈의 크기에 비해 파장이 길수록 회절이 더 많이 일어난다. 즉, 파장이 일정할 때 틈의 크기가 작을수록 회절이 잘 일어나, 직선의 파면을 가졌던 물결이 좁은 틈을 지나면 반원에 가까운 모양으로 퍼진다.
회절 실험에서, 폭이 인 슬릿에 파장 인 레이저 빔을 입사시키고 슬릿으로부터 거리 의 스크린에 형성되는 빛의 패턴을 살펴본다. 이때 슬릿의 각 지점을 통과하여 스크린 점에 도달하는 빛은 중첩되어 그 경로차에 따라 보강, 상쇄간섭을 하게 된다. 슬릿의 각 지점을 지나는 빛에 대한 경로를 계산하여 중첩시키면 다음과 같은 결과를 얻는다.
따라서 =0( =0)인 중앙에서 극대점이 형성되고 최초 극소점도 구할 수 있다. 또한 sin =를 이용하면 중앙 극대점에서 첫 번째 극소점까지의 거리 를 구할 수 있고, 이를 통해 파장 를 측정할 수 있다.
1.2.2. 간섭
간섭(interference)은 둘 또는 그 이상의 파동이 서로 만났을 때 중첩의 원리에 따라서 서로 더해지면서 나타나는 현상이다. 둘 이상의 결맞는 (coherent) 파동이 중첩되면서 일어나는 현상으로, 파동들 사이의 위상 차이가 잘 정립되어 있는 결맞는 파동들이 중첩되면 파동들 사이의 위상 차이에 따라 파동이 더해져서 더욱 강해지거나 서로 상쇠되어 약해지는 현상이 나타난다.
Young의 이중슬릿 간섭실험은 대표적인 간섭 실험으로, 슬릿 사이의 거리가 d인 이중 슬릿에 파장 λ의 단색광을 입사시키면 슬릿 S1과 S2를 통과한 두 빛이 스크린 P점에 도달할 때 두 빛의 경로차 b가 파장의 정수배이면 보강간섭이 일어나고, 그 사이에서는 상쇄간섭이 일어나게 된다. 이때 밝은 무늬가 형성되는 지점은 dsinθ=mλ (m은 정수)의 관계를 만족하게 된다. 스크린 중앙 부근에서의 간섭무늬를 고려하는 경우 θ가 작아 sinθ≈y/D라 할 수 있으므로, m번째 밝은 무늬에 해당하는 위치 ym은 ym=(...
