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표제지

국문요약

목차

I. 서론 9

II. 굴절 법칙 10

III. 내부 전반사 13

IV. 프리즘 16

1. 프리즘의 분산 16

2. 프리즘에서의 내부 전반사 22

1) 임계각 근처에서 반사율 변화 25

3. 굴절률 불확정성 27

V. 실험 28

1. 프리즘 분광계법 28

2. 최대 편향법 28

3. 내부 전반사 측정 29

VI. 실험 결과 및 분석 33

1. 최대 편향법과 프리즘 분광계법 33

2. 내부 전반사 측정 36

3. 임계각 근처에서 반사율 측정 39

VII. 결론 45

VIII. 참고문헌 46

ABSTRACT 47

표목차

Table. 1. 파장 532 nm와 632.8 nm에서 최대 편향법과 프리즘 분광계로 측정된 굴절률을 나타내고 문헌값과 비교하였다. 34

Table. 2. 최대 편향법의 편향각 불확정도와 각각의 방법에 따른 굴절률 불확정도 35

Table. 3. 내부 전반사로 측정된 파장에 따른 굴절률 37

Table. 4. 내부 전반사 방법의 굴절률 불확정도 38

Table. 5. 임계각 근처에서 반사율(BK7) 40

Table. 6. 임계각 근처에서 반사율(F2) 41

Table. 7. 임계각 근처에서 반사율(SF10) 42

Table. 8. 임계각 근처에서 반사율(SFL11) 43

그림목차

Fig. 1. 파의 굴절. 투과 매질 AE의 표면에 있는 원자가 굴절광속을 만들기 위해서 보강적으로 서로 결합시키는데 사용하는 잔파들을 복사한다(이미지참조) 12

Fig. 2. 굴절법칙을 유도하는데 사용되는 데카르트(Descartes) 배열 12

Fig. 3. 내부반사와 임계각 15

Fig. 4. 분산프리즘의 기하학적 모양에 의해 입사각에 대한 최종 굴절각의 편향각을 나타내었다. 17

Fig. 5. (a)프리즘 경계면으로 입사하는 빔이 최소 편향각을 이룰 때, 각각의 경계면 에서 반사와 굴절을 거치고 입사면에서 최대 편향각으로 진행한다. (b) 빔 1과 4, 빔 2와 5, 빔 3과 6을 겹쳐서 (a)를 간결하게 나타낼 수 있다. 21

Fig. 6. 프리즘에서의 Θ₁으로 입사한 빔은 두 번째 경계면에서 부분 반사에 의해 세번째 면으로 투과되어 나오고, Θ₁crit로 입사한 빔은 두 번째 경계면에서 전반사를 거쳐 세 번째 면으로 투과되어 나온다.(이미지참조) 23

Fig. 7. 프리즘 분광계법은 빛이 입사하는 면의 각각의 이웃한 면에 대해 최소 편향각을 찾을 수 있다. 30

Fig. 8. 최대 편향법은 프리즘 면으로 입사하는 빔이 프리즘 내에서 한 개의 삼각형을 이룰 때, 첫 번째 면에서 반사된 최대 편향빔의 위치를 측정한다. 30

Fig. 9. 회전판 위에 프리즘을 두고 회전시키면, 경계면을 따라 오른쪽 사진과 같이 투과광이 퍼지는 형상이 발생한다. 이때 첫 번째 면에서 반사되는 광의 위치를 l과 d로 측정하여 입사각 Θ₁을 얻는다.(이미지참조) 31

Fig. 10. 두 번째 경계면에서 반사되어 세 번째 면으로 투과되는 광을 photodetector로 측정한다 32

Fig. 11. 입사각에 따른 전반사 빔의 반사율 곡선(BK7) 40

Fig. 12. 입사각에 따른 전반사 빔의 반사율 곡선(F2) 41

Fig. 13. 입사각에 따른 전반사 빔의 반사율 곡선(SF10) 42

Fig. 14. 입사각에 따른 전반사 빔의 반사율 곡선(SFL11) 43

Fig. 15. 매질의 굴절률에 따른 반사율 변화 (a)입사면에 수직한 편광, (b)입사면에 평행한 편광 44

초록보기

분산 프리즘은 반사, 굴절, 전반사 현상을 확인하기에 매우 유용한 광학 소자이며 레이저를 광원으로 이용하면 매우 다양한 방법으로 광학 유리의 굴절률을 측정할수 있다. 본 연구에서는 프리즘 분광계를 이용하는 방법, 최대 편향법, 내부 전반사를 이용하는 방법으로 광학 유리의 굴절률을 측정하였다.

파장이 532 nm인 Nd:YVO4 레이저와 파장이 632.8 nm인 He-Ne 레이저를 광원으로 사용하여 각각의 파장에 대해 4가지 광학유리(BK7, F2, SF10, SFL11)의 굴절률이 측정되었다. 반사거리 측정에 대한 굴절률 불확정도는 ±0.00004 ~ ±0.0004였고, 굴절각 측정에 대한 굴절률 불확정도는 ±0.00019 ~ ±0.00029 였다. 후자의 경우 굴절률에 따라 거의 일정하게 변하였다. 본 연구 결과는 대학교 수준의 광학 실험실에서 교육적으로 사용되거나 굴절률의 영향을 받는 광학계의 연구에 활용될 수 있을 것이다.

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