Transcript Michelson 간섭계를 이용한 빛의 파장 측정

Michelson 간섭계를
이용한 빛의 파장 측정
신재오
2006 겨울
Physics @POSTECH
실험 목적
Michelson 간섭계를 이용하여 빛의 파장을
측정한다.
실험 원리
레이저가 beam splitter 에 의해 다른 경로를
이동후 다시 만나서 간섭을 일으킨다.
빛의 간섭현상 : 전기장의 선형중첩의 원리의 결과
   
E  E1  E2  E3  ...
실험 원리
y1 ( x, t )  E1 sin( t  a1 )
y2 ( x, t )  E2 sin( t  a2 )
y  y1  y2  E sin( t   )
E1=E2 일때 빛의 세기
E 2  E12  E22  2 E1E2 cos 
I  E 2  4 E1 cos 2 ( / 2)
2
  ( 2 /  )
즉, 경로차가 바뀜에 따라 밝고 어두운 무늬가 생긴다.
밝은 무늬가 어두워졌다가 다시 밝은 무늬가 되는데 필요한
경로차
실험 원리
거울을 d만큼 움직이면 경로차는 2d 만큼 생긴다.
즉, 간섭무늬의 변화수 m  2d / 이다.
M2
Laser
M1
d
Screen
실험 장치
실험 방법
1. 먼저 렌즈를 제거하고 거울 1, 2를 지나온 두 빛이 스크린의 한
점에 모이도록 레이저와 간섭계를 정렬한다.
2. 렌즈를 설치한 후 스크린의 동심원 형태의 간섭무늬가 나오도록
다시 정렬한다. 고정된 거울뒤의 나사로 조절할 수 있다.
3. 위의 과정이 완료되었으면 마이크로미너를 돌려서 동심원의 중
심이 어두운 무늬가 나타나도록 한다.
4. Micrometer screw를 다시 돌리면 동심원의 중심에 어두운 무늬
와 밝은 무늬가 반복적으로 생긴다. 마이크로미터를 통해 움직
일수 있는 거울의 이동한 거리(d)를 측정하고 이 때 동심원 중
심에서 무늬의 변화 횟수(m)를 측정하여 빛의 파장을 계산하
자.
실험 결과
동심원이 되도록 조절한다.
-> 이렇게
실험 결과
λ
0.35
y = 0.0031x
0.3
Δd(10-4m)
0.25
0.2
0.15
0.1
파장=613.3(24.0)nm
0.05
0
0
20
40
60
80
100
120
Δm
＊He-Ne 레이저  =632.8 nm
Δd
실험 tip
1. 간섭무늬가 25개 바뀌더라도 마이크로미터는
0.08×10-4m정도로 작게 움직인다. 즉 마이크
로 미터의 정밀도가 다른 측정값에 비해 낮다.
따라서 가능하면 많은 수(150~200개)의 간섭
무늬를 세는 것이 좋다.
2. 렌즈와 마이켈슨 광학대를 가까이 두고 실험
을 한다.