슬릿을 이용한 빛의 간섭과 회절

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슬릿을 이용한 빛의 간섭과 회절
슬릿을 이용한 빛의 간섭과 회절

제1절]실험목적

레이저 광의 성질을 이용하여 단일 및 이중 슬릿에 의한 Fraunhofer 회절무늬로부터 빛의 성질인 간섭과 회절을 이해하고, 슬릿의 폭과 간격을 측정한다.

제2절]관련이론

파동의 파장과 비교될만한 크기의 장애물이나 구멍을 파동이 만나게 될 때에는 회절이라는 현상이 생긴다. 이 회절현상은 장애물의 위치에서 파동을 세분화하여 무한개의 파원을 만들며, 이들 파원이 진행하면서 서로 간섭하게 되면서 발생한다. 프레넬 회절은 장애물 근처에서의 효과이며, 프라운호퍼 회절은 장애물로부터 먼 거리에서 일어나는 효과를 기술한다.

2.1 단일슬릿
평면파인 레이저 광이 하나의 슬릿에 수직으로 입사한다고 생각하자. 슬릿은 장애물이 되므로 레이저 광이 변형되어 슬릿으로 막혀진 뒷부분까지 전달되는 회절현상이 발생한다. 단일 슬릿에 의한 프라운호퍼 회절에서 파의 간섭에 의한 강도 변화를 살펴보자. 이 회절무늬를 분석하기 위해서는 슬릿을 반으로 나누어 생각하는 것이 편리하다. 슬릿의 제일 아래에서 출발한 광선은 중앙에서 출발한 광선보다 의 경로차 만큼 더 진행한다. 여기서 a는 슬릿의 폭이다. 마찬가지 이유로 슬릿의 중앙에서 출발한 광선과 맨 위에서 출발한 광선의 경로차도 동일하다. 이 경로차가 정확하게 파장의 1/2이 되면 두 파동은 위상차가 180도가 되어 소멸간섭을 일으킨다. 결국 슬릿폭의 1/2 만큼 떨어져 있는 어떠한 두 점에서 나온 파동도 위상차가 180도가 되므로 소멸간섭을 일으킨다. 따라서

이 된다. 비슷한 방법으로 슬릿을 네 부분으로 나누면 다음과 같은 경우에 스크린이 어두워진다.

이 경우와 같이 슬릿과 스크린 사이의 거리를 L이라 하고, 슬릿폭 a아 m번째 어두운 지점과의 관계는

로 주어진다.

2.2 이중슬릿
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