보고서 설명

빛의 경로는 실제 길이의 변화, 굴절률의 변화(매질의 성질-기체의 압력이나 온도, 유체의 점성, 고체의 결정 구조 등의 변화)에 따라 달라진다. 공간상에서 두 빛이 만나면 간섭 현상을 일으키게 되는데 이러한 경로차에 의해 그 간섭 관계는 달라지게 마련이다. 이와 같은 성질에 기초한 Michelson간섭계의 원리를 이해, 비교하고, 이를 이용하여 굴절률과 파장과의 관계 및 압력에 대한 공기의 굴절률 변화 등을 관찰한다.

본문일부 및 목차

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. Michelson은 이 간섭계를 써서 카드뮴이 발하는 적색광(파장 643.84696 nm)의 파장과 미터원기의 길이를 비교하였다. 그는 또 이 간섭계를 써서 빛의 매질로서 에테르의 존재를 실증하려고 했으나 부정적인 결과를 얻어 아인슈타인의 상대성원리의 토대를 마련하였다.

<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. 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. 그러나 M1(movable mirror)의 위치를 변화시켜줄 경우 기존의 점에 대한 경로차는 달라질 것이고 그 위상관계 변화에 따라 기존의 상쇄 보강 간섭 관계도 변하여 무늬의 위치는 바뀌게 된다. 이러한 경로차의 변화는 한 경로에 대한 직접적인 거리 변화 방법 외에도 광로에 놓인 매질의 변화를 통해 이루어질 수도 있는데 유리판과 같은 고체 매질 혹은 유체, 기체 등의 고유한 성질에 따라 특이한 변화 관계를 관찰할 수 있다. 우리는 이를 이용하여 고체 매질의 굴절률과, 굴절률과 관계되는 기체 매질의 압력 관계를 고찰해 볼 수 있을 것이다.

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