빛의 편광 실험

빛의 편광실험 

 

1.실험목적

빛의 편광을 이해하고 경계면에서 빛의 반사 및 굴절에서 나타나는 브루스터 각에 대해 알아본다.

 

2.관련이론

 

1)빛과 전자기, 횡파와 종파

빛은 입자적인 성질로 인해 전자기파가 나타난다. 또한 파동적인 성질로 인해 전기장 및 자기장 벡터가 진행방향에 수직인 횡파가 나타난다. 이 실험에서 2개의 편광판을 이용해 빛이 종파가 아닌 횡파임을 확인할 수 있다.

 

2)말뤼스의 법칙

빛의 전기장은 사방으로 분포되어있다. 이러한 빛을 두개의 편광판에 투과시킨 후 편광판에 평행인 성분만 통과하도록 한다. 기준면에 대해 수직인 직선과 이루는 첫 번째 편광판 편광방향의 각도를 라 한다. 처음 빛의 진폭이 E 였을 때 두 번째 편광판을 통과한 후 진폭은가 된다. 진폭의 제곱에 빛의 세기가 비례하므로 를 =0일 때 투과된 빛의 세기라 하고(빛의 최대세기) I 를 에서 투과된 빛의 세기라하면 가 된다.

 

3)브루스터 각

빛이 굴절률의 비가 n인 서로 다른 두 매질의 경계면에 어떤 특정한 입사각( 인 입사각)으로 평면 전자파가 입사하였을 때 입사면과 수직인 편파 전기장이 반사되고 입사면과 평행인 전기장 성분은 모두 굴절된다. 이때의 입사각을 브루스터 각이라 한다. 만일 입사광선과 반사광선이 공기 중을 진행한다면 이고 브루스터 각도는 가 된다.

 

4)반사, 굴절법칙

-반사법칙: 

상대굴절률이 1보다 크면 굴절각이 입사각보다 작다.

상대굴절률이 1보다 작으면 입사각이 굴절각보다 작다.

 

 

 

4)내부 전반사

빛이 매질이 큰 매질로부터 작은 매질로 진행할 때 나타나는 현상이다. 내부전반사가 일어날 때의 입사각을 임계각 이라한다. 특정한 임계각에서 굴절광선이 경계면에 평행하게 진행 하게된다. 위 그림에서 로 나타낼 수 있고 따라서로 나타나며 가 된다.

 

 3. 편광 선글라스

 

브루스터 각(←어느 매질에서 반사된, 입사면에 수직&평행한 편광의 비율, 평행한 빛이 없을 때의                                     입사각이 브루스터 각이 된다.)

일상생활에서 물체에 반사되어 눈에 들어오는 빛은 주로 수평방향으로 편광 된다. 예를 들어 편광선글라스의 편광축은 지면과 수직인 방향이다.