[부산대] 광학실험 보고서, 분광광도계

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문서 내 토픽

• 1. 분광기(spectrometer)

  분광기는 광원의 각종 복사선과 물질과의 상호작용을 다루는 분광학에서 사용되는 장치로서 광학분야에서는 광의 주파수 특성과 광학재료의 투과와 흡수 및 반사를 측정하는데 사용된다. 일반적으로 분광기는 슬릿, 회절격자, 반사경, 광센서로 구성되어 있다. 분광기는 각 파장을 분리하는 역할을 하고, 이에 따른 스펙트럼을 보여준다. 분광기의 종류에 따라 분리된 스펙트럼이 다른데 분광기는 기능에 따라 UV, visible, 적외선 등을 보여준다.

• 2. 빛의 투과, 흡수, 반사

  빛이 다른 특성을 가진 두 매질에서 진행할 때 투과, 흡수, 반사 현상이 일어난다. 투과는 매질에서 빛이 진행하는 정도를 말하며, 투과율(T)은 매질에 입사한 빛의 복사조도의 비율로 정의한다. 흡수는 매질 1에서 매질 2로 진행하였을 때 매질 2에서 빛이 나오는 현상(투과, 반사)이 발견되지 않는 것을 의미하며, 흡수율(A)은 투과율의 역수의 상용로그를 취하여 구할 수 있다. 반사는 매질 1에서 매질 2로 진행한 빛이 다시 매질 1로 되돌아나오는 현상을 말하며, 반사되는 정도는 두 매질의 굴절률 차이가 클수록 더 크다.

• 3. 할로겐 램프

  할로겐 램프에서는 넓은 영역의 파장대에서 빛의 세기에 따른 그래프가 연속적으로 나타났다. 이는 할로겐 램프에서 나오는 빛이 모든 가시 파장대의 영역을 가진 백색등이기 때문이다. 할로겐 램프의 반치폭이 264.28nm로 가장 넓었는데, 이는 다른 기구를 사용하였을 때와 달리 투과된 빛의 파장영역이 컸기 때문이다.

• 4. Na lamp

  Na lamp의 색은 육안으로 보아 주황색이었는데, 최대세기파장이 589.29nm로 일반적인 노란색 파장의 영역대인 570~590nm에 들어맞는다.

• 5. 레이저

  레이저의 색은 육안으로 보아 빨간색이었는데, 최대세기파장이 635.88nm로 일반적인 빨간색 파장의 영역대인 630~750nm에 들어맞는다.

• 6. Helium 관

  Helium 관에서는 빨주노초파남보의 7가지 색에서 peak 값이 나타났다. 이는 helium관의 회절현상 때문이며, 7색 모두 유사한 반치폭을 가진다는 것은 같은 물질임을 의미한다.

• 7. 436nm 필터

  436nm filter의 최대세기파장은 435.14nm로 일반적인 영역의 파랑(약 450nm)과 보라(약 410nm) 사이의 색이다. 투과율은 436nm filter의 색을 나타내는 영역에서만 높게 나타나고, 흡수율은 진한 파랑색 부분에서만 낮게 나타났다.

• 8. 578nm 필터

  578nm filter의 최대세기파장은 576.44nm로 일반적인 영역의 노란색 영역(570~590nm) 파장대를 만족한다. 투과율 그림에서도 노란색 부분에서만 볼록한 부분이 있는 것으로 보아 이 필터는 노란색 부근의 파장대만 투과시키고 나머지는 흡수하는 기능을 한다.

• 9. 색 필름

  Green, red, yellow 필름의 최대세기파장은 각각 525.44nm, 674.14nm, 629.49nm로 일반적인 영역의 파장대와 비교해보면 잘 들어맞는다. 반치폭은 할로겐 램프처럼 타 기기에 비해 컸는데, 이는 백색등이 아니라 색 필름이 자신의 색 근처의 파장대를 넓게 투과시켜주기 때문이다.

• 10. 오차 줄이기

  실험기구들을 수평하게 잘 맞추어 빛의 퍼짐(회절)을 최소화하고, 실험에 사용되는 모든 빛에 대해 detector가 saturate하지 않는다면 조리개 구멍의 크기나 광원 또는 detector의 위치 조정 없이 측정이 가능하기 때문에 최대 세기도 비교할 수 있게 될 것이다.

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• 1. 분광기(spectrometer)

  분광기는 빛의 스펙트럼을 분석하는 중요한 과학 장비입니다. 분광기를 통해 물질의 화학적 구성 성분을 파악할 수 있으며, 천체 관측에서도 널리 사용됩니다. 분광기의 작동 원리는 프리즘이나 회절 격자를 이용하여 빛을 파장별로 분리하는 것입니다. 이를 통해 빛의 세기와 파장 분포를 측정할 수 있습니다. 분광기는 화학, 물리학, 천문학 등 다양한 분야에서 필수적인 도구로 활용되고 있으며, 지속적인 기술 발전을 통해 더욱 정밀하고 효율적인 분석이 가능해질 것으로 기대됩니다.

• 2. 빛의 투과, 흡수, 반사

  빛의 투과, 흡수, 반사 현상은 물질의 광학적 특성을 이해하는 데 매우 중요합니다. 투과는 빛이 물질을 통과하는 현상이며, 흡수는 물질이 빛의 일부를 흡수하는 현상입니다. 반사는 물질 표면에서 빛이 되돌아오는 현상입니다. 이러한 현상은 물질의 화학적 구조, 전자 구조, 표면 특성 등에 따라 달라지며, 이를 이용하여 다양한 광학 기기와 기술이 발전해왔습니다. 예를 들어 투과 현상은 창문 유리나 렌즈에 활용되고, 흡수 현상은 태양 전지나 광열 변환 기술에 활용됩니다. 반사 현상은 거울이나 광학 필터 등에 활용됩니다. 이처럼 빛의 투과, 흡수, 반사 현상에 대한 이해는 광학 기술 발전의 핵심이 되고 있습니다.

• 3. 할로겐 램프

  할로겐 램프는 백열 전구의 발전된 형태로, 백열 전구에 비해 더 높은 효율과 수명을 가지고 있습니다. 할로겐 램프는 백열 전구와 마찬가지로 텅스텐 필라멘트를 사용하지만, 할로겐 가스를 함께 사용하여 필라멘트의 증발을 억제하고 수명을 연장시킵니다. 또한 할로겐 가스는 필라멘트에서 증발한 텅스텐 입자를 다시 필라멘트로 보내 재증착시키는 할로겐 사이클을 형성합니다. 이를 통해 할로겐 램프는 백열 전구에 비해 더 밝고 효율적이며, 수명도 더 깁니다. 할로겐 램프는 자동차 전조등, 스튜디오 조명, 무대 조명 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 지속적인 기술 발전을 통해 더욱 효율적이고 친환경적인 조명 기술로 발전할 것으로 기대됩니다.

• 4. Na lamp

  Na 램프, 즉 나트륨 램프는 고압 나트륨 증기 방전 램프의 일종으로, 주황색 빛을 내는 것이 특징입니다. Na 램프는 다른 가스 방전 램프에 비해 매우 높은 광효율을 가지고 있어, 가로등이나 터널 조명 등 대형 조명 시설에 널리 사용되어 왔습니다. Na 램프의 작동 원리는 고압의 나트륨 증기 내에서 전자가 여기되어 방출되는 빛을 이용하는 것입니다. 이 과정에서 나트륨 원자의 전자 전이에 의해 주황색 빛이 발생합니다. Na 램프는 백열등이나 형광등에 비해 에너지 효율이 매우 높아 전력 소비가 적으며, 수명도 길어 유지 보수 비용이 낮습니다. 다만 색 연출이 제한적이라는 단점이 있어, 최근에는 LED 조명이 점차 Na 램프를 대체하고 있는 추세입니다.

• 5. 레이저

  레이저는 단일 파장의 강한 빛을 발생시키는 장치로, 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 레이저의 핵심 원리는 유도 방출 현상을 이용하는 것으로, 이를 통해 단일 모드의 단일 파장 빛을 생성할 수 있습니다. 레이저는 높은 지향성과 간섭성, 단일 파장 특성으로 인해 정밀 가공, 측정, 통신, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 예를 들어 레이저 프린터, CD/DVD 플레이어, 바코드 스캐너, 레이저 포인터, 레이저 수술 등이 대표적인 레이저 응용 사례입니다. 최근에는 양자 컴퓨팅, 양자 암호 통신 등 첨단 기술 분야에서도 레이저가 핵심 기술로 활용되고 있습니다. 앞으로도 레이저 기술의 발전은 계속될 것으로 기대되며, 새로운 응용 분야가 지속적으로 개발될 것으로 보입니다.

• 6. Helium 관

  헬륨 관은 헬륨 기체를 이용한 방전 램프의 일종입니다. 헬륨 관은 유리관 내부에 헬륨 기체를 채우고 전극을 설치하여, 전압을 가하면 헬륨 기체가 방전되어 특징적인 빛을 발생시킵니다. 헬륨 관에서 나오는 빛은 주로 적색과 황색 계열의 파장대에 집중되어 있으며, 이는 헬륨 원자의 전자 전이 과정에서 발생하는 특정 파장의 빛 때문입니다. 헬륨 관은 다양한 분야에서 활용됩니다. 우선 헬륨 관은 레이저 기술의 발전에 기여했는데, 헬륨-네온 레이저가 대표적인 예입니다. 또한 헬륨 관은 물리학 실험이나 천문학 관측에서 참조광원으로 사용되기도 합니다. 최근에는 헬륨 관을 이용한 플라즈마 디스플레이 패널 기술도 개발되고 있습니다. 이처럼 헬륨 관은 다양한 광학 및 전자 기술의 기반이 되는 중요한 장치라고 할 수 있습니다.

• 7. 436nm 필터

  436nm 필터는 가시광선 영역 중 청색 파장대의 빛을 선택적으로 투과시키는 광학 필터입니다. 이 필터는 주로 분광 분석, 현미경 관찰, 천문 관측 등의 분야에서 사용됩니다. 436nm 필터는 특정 파장의 빛만을 선택적으로 통과시킴으로써, 다른 파장의 빛을 차단하여 관찰 대상의 특정 특성을 더 잘 관찰할 수 있게 해줍니다. 예를 들어 분광 분석에서는 436nm 필터를 사용하여 특정 물질의 흡수 스펙트럼을 선별적으로 관찰할 수 있습니다. 또한 현미경 관찰에서는 436nm 필터를 사용하여 세포 내 특정 구조물을 더 잘 관찰할 수 있습니다. 436nm 필터는 이처럼 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며, 앞으로도 정밀 광학 분석 기술의 발전과 함께 그 활용도가 더욱 높아질 것으로 기대됩니다.

• 8. 578nm 필터

  578nm 필터는 가시광선 영역 중 황색 파장대의 빛을 선택적으로 투과시키는 광학 필터입니다. 이 필터는 주로 분광 분석, 천문 관측, 의료 영상 등의 분야에서 사용됩니다. 578nm 필터는 특정 파장의 빛만을 선택적으로 통과시킴으로써, 다른 파장의 빛을 차단하여 관찰 대상의 특정 특성을 더 잘 관찰할 수 있게 해줍니다. 예를 들어 분광 분석에서는 578nm 필터를 사용하여 특정 물질의 흡수 스펙트럼을 선별적으로 관찰할 수 있습니다. 또한 천문 관측에서는 578nm 필터를 사용하여 특정 천체의 특성을 더 잘 관찰할 수 있습니다. 의료 영상 분야에서는 578nm 필터를 사용하여 혈관 내부의 혈액 흐름을 더 잘 관찰할 수 있습니다. 이는 578nm 파장대의 빛이 혈액 내 헤모글로빈에 의해 잘 흡수되기 때문입니다. 578nm 필터는 이처럼 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며, 앞으로도 정밀 광학 분석 기술의 발전과 함께 그 활용도가 더욱 높아질 것으로 기대됩니다.

• 9. 색 필름

  색 필름은 빛의 파장 선택적 투과 특성을 이용하여 특정 색상의 빛을 선별적으로 통과시키는 광학 필터입니다. 색 필름은 주로 사진 촬영, 영화 제작, 무대 조명 등의 분야에서 사용됩니다. 색 필름은 다양한 색상의 필름을 조합하여 사용함으로써, 원하는 색상의 빛을 만들어낼 수 있습니다. 예를 들어 청색, 녹색, 적색 필름을 조합하면 다양한 중간 색상의 빛을 만들어낼 수 있습니다. 이를 통해 사진이나 영화에서 특정 분위기를 연출하거나, 무대 조명에서 다양한 색상 효과를 연출할 수 있습니다. 최근에는 디지털 기술의 발달로 인해 색 필름의 사용이 점차 줄어들고 있지만, 아날로그 방식의 특유의 질감과 분위기를 연출하기 위해 여전히 많이 사용되고 있습니다. 또한 디지털 기술과 결합하여 새로운 형태의 색 필름 기술이 개발되고 있어, 앞으로도 색 필름은 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대됩니다.

• 10. 오차 줄이기

  실험이나 측정 과정에서 발생하는 오차를 줄이는 것은 매우 중요합니다. 오차를 줄이기 위해서는 다음과 같은 방법들을 고려해볼 수 있습니다. 첫째, 실험 장비와 측정 기기의 정확도와 정밀도를 높이는 것입니다. 최신 기술이 적용된 고성능 장비를 사용하거나, 주기적인 교정과 점검을 통해 장비의 성능을 유지하는 것이 중요합니다. 둘째, 실험 과정에서 발생할 수 있는 오차 요인을 최소화하는 것입니다. 실험 환경의 온도, 습도, 진동 등을 일정하게 유지하고, 실험자의 숙련도를 높이는 등의 노력이 필요합니다. 셋째,