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[experiment(실험)보고서] Michelson 간섭계

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작성일 23-01-30 22:30

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Michelson이 고안한 이 간섭계는 빛의 파장의 정밀한 측정을 비롯해서 얇은 막의 두께나 스펙트럼선형의 측정, 고분해능 분광계(高分解能分光計) 등에 널리 응용될 만큼 정밀한 장치이다. 이와 같은 성질에 기초한 Michelson간섭계의 원리를 이해, 비교하고, 이를 이용하여 굴절률과 파장과의 관계 및 압력에 대한 공기의 굴절률 change(변화) 등을 觀察한다. 공간상에서 두 빛이 만나면 간섭 현상을 일으키게 되는데 이러한 경로차에 의해 그 간섭 관계는 달라지게 마련이다. Michelson은 이 간섭계를 써서 카드뮴이 발하는 적색광(파장 643.84696 nm)의 파장과 미터원기의 길이를 비교하였다. 한편 최초 투과된 빛은 M1에서 되반사된 후 beam splitter의 수직으로 돌려놓은 반사에 의해 screen에 이르게 된다 Screen 상의 임의의 점에서 이 두 빛이 합성될 경우 그 파장의 위상관계에 의해 상쇄 보강의 원형 간섭 무늬가 나타나며 외부의 영향이 가해지지 않으면 임의의 점에서의 경로차 관계는 일정하고 따라서 이 간섭무늬 또한 변함없이 일정하다. 그는 또 이 간섭계를 써서 빛의 매질로서 에테르의 존재를 실증하려고 했으나 부정적인 결과를 얻어 아인슈타인의 상대성원리의 토대를 마련하였다. 이와 같은 성질에 기초한 Michelson간섭계의 원리를 이해, 비교하고, 이를 이용하여 굴절률과 파장과의 관계 및 압력에 대한 공기의 굴절률 변화 등을 관찰한다.

실험보고서, Michelson 간섭계
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<그림 1>에서 보는 바와 같이 Laser에서 쏘아진 빛은 렌즈에 의해 약간 퍼지는 구면파로 된 다음 반은도금된 beam splitter를 지나면서 50%는 바로 투과하고 다른 50%는 반사되는 경로를 따르게 된다 이 때 반사된 경로는 M2에서 다시 반사되어 beam splitter를 지나 최종적으로 screen에 도달한다.
빛의 경로는 실제 길이의 변화, 굴절률의 변화(매질의 성질-기체의 압력이나 온도, 유체의 점성, 고체의 결정 구조 등의 변화)에 따라 달라진다. 그러나 M1(movable mirror)의 위치를 alteration(변화) 시켜줄 경우 기존의 점에 대한 경로차는 달라질 것이고 그 위상관계 alteration(변화) 에 따라 기존의 상쇄 보강 간섭 관계도 변하여 무늬의 위치는 바뀌게 된다 이러한 경로차의 alteration(변화) 는 한 경로에 대한 직접적인 거리 alteration(변화) 방법 외에도 광로에 놓인 매질의 alteration(변화) 를 통해 이루어질 수도 있는데 유리판과 같은 고체 매질 혹은 유체, 기체 등의 고유한 성질에 따라 특이한 alteration(변화) 관계를 관찰할 수 있다아 우리는 이를 이용하여 고체 매질의 굴절률과, 굴절률과 관계되는 기체 매질의 압력 관계를 고찰해 볼 수 있을 것이다.
다.

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빛의 경로는 실제 길이의 change(변화), 굴절률의 change(변화)(매질의 성질-기체의 압력이나 온도, 유체의 점성, 고체의 결정 구조 등의 change(변화))에 따라 달라진다. 공간상에서 두 빛이 만나면 간섭 현상을 일으키게 되는데 이러한 경로차에 의해 그 간섭 관계는 달라지게 마련이다.

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