![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-1](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0001.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-2](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0002.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-3](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0003.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-4](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0004.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-5](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0005.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-6](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0006.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-7](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0007.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-8](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0008.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-9](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0009.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-10](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0010.gif)
![[기초물리학실험] 실험13. 빛의 편광, 브루스터 각, 광세기 대 거리 역제곱 법칙-11](http://images.happyhaksul.com/thumb/365/364557-0011.gif)
분야
hwp실험 A. 말러스 법칙 실험
1) 편광기 2개를 손으로 들고 겹쳐서 이들 편광기를 통해서 형광등 불빛을 눈으로 관찰한다. 실험자 가까이 있는 편광기를 돌려가면서 통과한 불빛의 세기를 관찰하라. 어떤 변화가 있는가? 말러스 법칙을 설명할 수 있겠는가?
2) 적색 Laser광의 편광된 정도를 편광기 1개로 측정하여 보라. 편광기의 편광축을 돌려가면서 투과한 빛의 세기를 조사하라.
3) 그림 13.2 말러스 법칙 측정 실험 구성도를 준비하라. 광학 레일의 왼쪽부터 적색 레이저 광원, 제1편광기, 제2편광기, 광센서를 순서대로 배치하라. 광원 쪽의 제1편광기는 편광축을 수직 기준으로 ‘0도’로 설정하라. 광센서 쪽의 제2편광기의 편광축, 즉 편광축 사이각 ϕ을 ‘0도~360도’로 바꾸면서 광센서에 들어오는 빛의 세기를 측정한다.
4) Light sensor를 LabPro에 LabPro를 PC에 연결하고, Logger Pro 3를 PC에서 실행시킨다.
5) ‘투과광의 세기 I[Lux]’ 대 ‘편광축 사이각 ϕ[˚]’의 관계를 측정·기록한다.
실험 B. 광 지연(Optical Retardation)
1) 그림 13.4 광 지연 및 광 탄성 실험 구성도를 준비하라.
2) 제1편광기의 편광축은 수직으로, 제2편광기 편광축은 수평, 즉 90도로 하여 투과광이 전혀 나오지 못하게 하라. 이 상태에서 두 편광기 사이에 광 지연기로 투명한 플라스틱 통의 뚜껑을 삽입하여 광 지연을 관찰하라. 빛이 투과되는가? 그 이유는?
3) 편광기 2개를 90도 어긋나게 겹치고 그 사이에 투명한 플라스틱 통의 뚜껑을 삽입한 채로 형광등 불빛을 보라. 어떻게 보이는가?
실험 C. 광 탄성(Photo-elasticity)
1) 그림 13.4 ‘광 지연 및 광 탄성 실험 구성도’에서 광 탄성 물질로 두께 10mmm 투명한 아크릴 막대기를 샘플로 넣고 휘면서 투과광이 어떻게 바뀌는지 관찰하라. 이 결과로부터 아크릴 막대기의 광 탄성을 설명하라.
실험 D. 광 활성(Optical Activity)
1) 그림 13.5 광 활성 실험 구성도를 준비하라. 광 활성 물질로 유리 그릇에 담긴 두께 130mm 농도 20% 설탕물을 샘플로 넣고 빛이 투과되는지를 관찰하라. 빛이 투과하므로 편광축이 돌아갔음을 알 수 있다. 즉 설탕물에서 광 활성이 있음을 알 수 있다. 제2편광기를 회전시키면서 빛의 세기가 최소 또는 완전히 못 통과하는 편광축의 회전각, 즉 광 활성각 ϕ광활성각, 설탕[도]을 측정하라. 이때 기준 각도는 수평 즉 90도이다. 단위 길이당 회전각 β설탕[도/mm]는? 이 방법으로 설탕물의 농도를 측정 할 수 있겠는가?
실험 E. LCD의 편광 특성
1) LCD 모니터의 빛을 편광기를 통하여 편광축을 돌려가면서 관찰하라.
실험 F. 브루스터 법칙 및 브루스터 각 측정 실험
1) 브루스터 각 측정 실험 구성도를 준비.
2) Light sensor를 LabPro에 연결하고, Logger Pro 3를 PC에서 실행시킨다.
3) 레이저 다이오드의 전원을 켜고, 레이저가 반원렌즈의 중심부분을 비추도록 광원 뒷면의 조정나사를 이용해서 조정한다.
4) D형 렌즈의 입사각을 조정하면서 Light sensor에 연결된 arm을 회전시켜서 D형 렌즈에 반사된 빛이 sensor에 들어가도록 맞추고 빛이 소멸되는 입사각, 즉 브루스터 각을 측정한다.
5) 브루스터 입사각에서 편광을 TE로 바꾸고, 즉 제2편광기의 편광축을 ‘0도’로 바꾸어 반사가 생기는 것을 확인하라.
실험 G. 광세기 대 거리 역제곱 법칙 실험
1) 광세가 대 거리 역제곱 법칙 실험 구성도를 준비하라.
2) 광원의 필라멘트와 Light sensor가 같은 높이에 있도록 한다.
3) 광원과 Light sensor 사이의 ‘거리’를 바꾸어 가면서 ‘광의 세기’를 Logger Pro 3로 측정·기록한다. Light sensor의 측정값이 포화되는지 확인한다. 포화되면 Light sensor의 범위 선택을 적절히 한다. 이때 광센서에 외란 광이 안 들어가게 하라.
4) Logger Pro 3에 기록 측정한 결과에서 광세기의 거리 의존성을 'A/r^2'함수로 curve fitting하여 거리 역제곱 관계의 정확성을 분석하라.
1) 편광기 2개를 손으로 들고 겹쳐서 이들 편광기를 통해서 형광등 불빛을 눈으로 관찰한다. 실험자 가까이 있는 편광기를 돌려가면서 통과한 불빛의 세기를 관찰하라. 어떤 변화가 있는가? 말러스 법칙을 설명할 수 있겠는가?
ϕ=0˚
ϕ=45˚
ϕ=70˚
ϕ=90˚
ϕ=135˚
ϕ=180˚
- 편광기를 돌리면서 찍은 사진이다.
- 위의 사진에서 알 수 있듯이 ϕ가 0˚에서 천천히 돌리면 형광등 불빛이 서서히 약해지는 것을 관찰 할 수 있다.
- ϕ가 90˚에 이르면 형광등의 형태가 희미하게 보일 뿐 불빛이 들어오지 않는 것을 확인할 수 있다. 실제로 ϕ가 90˚일 경우 불빛이 들어오지 않아 이 편광기에 사진을 찍는 카메라의 모습이 담길 정도였다.
- ϕ가 90˚에서 다시 천천히 각도를 높여주면 형광등 불빛이 서서히 들어오는 것을 확인 할 수 있었다.
- 90˚를 기점으로 각을 줄이거나 높이면 서서히 밝아진다.
- 위의 실험 결과를 통해 편광기의 각도와 편광기를 통과해 들어오는 조도 사이의 관계가
옆의 그래프처럼 cos의 제곱함수 형태의 관계를 가진다는 것을 쉽게 확인할 수 있었다.
- 즉, 말러스의 법칙 을 만족함을 알 수 있다.
2) 적색 Laser광의 편광된 정도를 편광기 1개로 측정하여 보라. 편광기의 편광축을 돌려가면서 투과한 빛의 세기를 조사하라.
- 적색 레이저광으로 편광기를 투과하면 0˚에서 90˚에 가까이 갈수록 값이 줄어들며 반대로 90˚에서 0˚ 혹은 180˚로 가까이 갈수록 값이 커지는 것을 확인 할 수 있다.
