어느 선으로 보강 간섭 설명

어느 선으로 보강 간섭 설명

두 원형파들의 간섭 - 파장(아래서부터 위로 감소)과 두 파의 중심간의 거리 (오른쪽으로 갈수록 증가). (실수 값의, 스칼라) 파형 분포의 절댓값 스냅샷. 시간이 지날수록, 파면은 두 파의 중심들에서 바깥쪽으로 나오지만, (상쇄 간섭이 생기는) 어두운 지역은 고정되어 있다.

간섭(干涉, 영어: wave interference) 현상은 물리학에서 파동이 위상을 지니기 때문에 발생하는 진폭의 공간적인 보강과 상쇄 현상을 말한다. 일반적으로 두 개 이상의 파가 동시에 한 점에 도달했을 때 그 점에서 이들의 파가 강하게 합쳐지거나 약하게 합쳐지는 현상을 파의 간섭이라 한다.

정의[편집]

간섭이란 물리적으로 두 가지 이상의 파장이 첨가되어, 새로운 파장의 형태를 나타내는 것을 의미한다. 가장 널리 사용되는 간섭의 관점은 서로 소멸되거나 서로 보강되는 파장들의 상호 작용에 관한 것이고, 그 이유는 그 파장들이 같은 광원에서 오는 것이거나 완벽에 가깝거나 그와 같은 주파수를 가지고 있기 때문이다. 만약 두 개의 파장이 정확히 같지 않은 파장 영역을 가지고 있고, 각각의 만들어지는 파장에서 같은 수의 상 차이를 보인다면, 두 개의 비 단일파장들도 서로 완벽히 보강된다.

만약 파동들이 두 개 이상의 다른 원으로부터 발생된다면, 총 상의 차이는 두개의 파형의 차이와 초기 상차이의 합에 의해 야기된다. 이 같은 결론은 파장이 정확하게 파장의 시작점과 같은 점에서 끝이 나는가(in phase) 혹은 그렇지 않은가(out phase)에 따라 알 수 있다.

종류[편집]

간섭에는 '보강간섭'과 '상쇄간섭'이 있다.

보강간섭[편집]

보강간섭은 같은 위상의 두 파동이 중첩될 때 일어나는 간섭이다. 마루와 마루 또는 골과 골이 만나서 합성파의 진폭이 2배로 커진다.

같은 진폭과 진동수를 가진 두 파동이 어느 순간 같은 영역을 통과할 때 나타나는 순간의 결과로서, 두 파동의 위상이 같아 마루와 마루가 만나고, 골이 골을 만나도록 중첩되는 순간 생기는 파동은 원래의 파동과 진동수는 같고 진폭이 2배이다. 이럴 때 파동은 위상이 같은 보강간섭을 한다고 말한다.

λ/2(2m)

상쇄간섭[편집]

상쇄간섭은 반대 위상의 두 파동이 중첩될 때의 간섭이다. 마루와 골이 만나서 합성파의 진폭이 0이 되는 간섭으로 소멸간섭이라고도 한다.

같은 진폭과 진동수를 가진 두 파동이 어느 순간 같은 영역을 통과할 때 나타나는 순간의 결과로서, 두 파동의 위상이 180° 어긋나 있을 때 마루와 골이 중첩되는 순간 생기는 파동은 완전히 상쇄된다. 이럴 때 파동은 위상이 같은 상쇄간섭을 한다고 말한다.

이론[편집]

서로 다른 파장이 서로 만났을 때 중첩의 원리에 따라서 서로 더해지면서 나타나는 현상이다. 만약 파장의 머리부분이 다른 파장의 머리 부분과 같은 점에서 만나게 되면 그 머리 부분이 보강,간섭하여 진폭이 커지게 된다. 만약 서로 일치 하지 않은 두 파장의 머리 부분이 만나게 되면 소멸간섭되어 진폭이 전체적으로 작아진다. 이 간섭의 형태는 다른 길이의 두개 또는 더 많은 경로를 가진 파장이 원천지에서 목적지까지 증식시킬 때마다 발생할 수 있다. 고정된 상(phase)이 두개 또는 더 많은 소스들과 관계를 한다면 간섭을 발생시킬 수 있다. 그러나 이 경우 간섭 발생은 한가지 소스와 관계할 때와 같다.[1]

실험[편집]

어느 선으로 보강 간섭 설명

토마스 영의 이중 슬릿 실험은 두 광선이 이동 경로에 따른 위상 차이에 의해 생성, 소멸하는 패턴이 나타남을 보임으로써 간섭 현상을 설명하였다. 두 빛은 같은 광원에서 나오므로, 같은 거리에서 같은 위상을 갖게 된다. 그러므로, 간섭 무늬의 중심에서 두 빛은 같은 진행거리를 갖게된다.

각주[편집]

  1. 하위헌스의 원리(Huygens' principle) 참조

 
어느 선으로 보강 간섭 설명

2-9. ���� ���� �� ȸ������

(Last Updated 2016/11/25)

1. �������������(Laser)�� �̿��Ͽ� ���� Ư���� ȸ���� ���������� ��ǻ�� �������̽��� ���Ͽ� �����ϰ� �����ϰ�, ��(Young)�� ���߽���, ���߽���, ����(Grating)���� ���� ���Ͽ� ���� ����������� �� ���ڼ� ���� ���� ����� �����Ѵ�.

2. �� ��

1801�� �丶�� ��(Tomas Young)�� ���� �ĵ����� �����ִ� ����ȿ���� �߰��Ͽ� ���� �ĵ����� ������.

�����̶� �� ���� �ĵ��� ���� ��ø�Ǿ� � ������ �������� �����ϰ� �������� �ʰ�, ��� �������� �ش밡 �ǰ� �ٸ� �������� �ؼҰ� �Ǵ� ������ ���Ѵ�. ������ ����Ű�� ���ؼ��� �� �� �̻��� �ĵ��� ���� �ӵ�, ������, ���� �� ����� ������ �����ϰ� �����Ǿ�� �Ѵ�.
���ϱ������κ��� ������ ���� ���� ������ ��ġ�� �ΰ��� ������ �����غ���. ���� ���� �������� ���� -��ư�� '�̸���(corpuscles)'�� ǥ���Ͽ���- �� �����Ǿ� �ִٸ� �����ڿ� ��ġ�� ��ũ�� �󿡴� �ΰ��� ���� ������ ������ �� ���̴�. �׷��� ���� �������� ���� ������ �����Ͽ��� �� ����� �ĵ��� ���� �������� �����Ҽ� �־���. ȸ�������� �ĵ��� �ΰ��� ���� ������ ����Ͽ� ������ �𼭸��� ���� ����������. �̰��� �ΰ��� ���� ������ ������ �Ͼ�� ������ �������̿� ����.

�Ϲ������� ���������� �Ÿ��� ������ ��ũ��(ȸ�����̰� �����Ǵ�) ���� �Ÿ��� ���� �ſ� �۴�. ������ �𼭸��� ���� ���� ������ �����ϴ�. ���� ������ ����� ���� ���ΰŸ��� �ٸ� ������ ����� ���� ���ΰŸ� ���� ������ ������ �϶� ��ũ�� �󿡴�

�������� (Constructive Interference)�� �Ͼ��. ��Ⱓ��(Destructive Interference)�� �� ���� �������� �������� �������϶� �Ͼ��.

(1) ���Ͻ����� ���� ȸ��

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[�׸�1] ���Ͻ����� ���� ȸ��
ȸ���̶� ���� �𼭸����� �ְų� ���������� ������ ���Ѵ�. �����ij� ȣ�̰ս��� �����κ��� �ƴ¹ٿ� ���� ������ ����� �ĵ����� ��� �������� ����������. [�׸�1](a)�� ���� �����ϴ� �������� �����ϸ� �̵��� ��� ���� ���� �����Ƿ� ��ũ���� �߾ӿ� ������(�߾� ��1�ش�)�� ������̴�. (b)������ �������� ���� ������ ���� ������ ������ ������ ��Ȯ�� ������ �븸ŭ ���̰� ���� ����̴�. �� ��쿡�� ������ �߽��� ������ ���� ������ ������ ������ �������� �������̸� ���Եȴ�. �� �� ������ ��Ȯ�� �ݴ��� ���� �����Ƿ� �Ҹ갣���� ����Ű�� �� ���̴�. �Ȱ��� ��ġ�� ���Ͽ� �������� �ణ ���������� ����ϴ� ���� �߽ɿ��� �ణ ������ ���� ������ ���鵵 ���� �Ҹ갣���� �ϰԵȴ�. �̷����Ͽ� ������ ��ݺθ� ������ ����� �Ϲݺθ� ������ ������ ��Ī������ ���� �Ҹ갣���� �ϰԵȴ�. ��,
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[�׸�2] ȸ�������� ����
b sin��= ��-------(1) [��1 �ؼ���]
(c)�� ���� ������ ������ ������ ������� 3��/2 �� ��쵵 �Ȱ��� ������ ����
b sin��= 3��/2 ----(2) [��2 �ش���]
�� �� ���̴�. (d)�� ���� 2�� �ؼ����� �ǰ� ���� �ؼҰ� �Ͼ�� ������ ������ ����.
b sin��= n �� (n=1,2,��) ---(3) [�ؼ�]
n=0�� ���� �ؼҰ� �ƴ϶� ���� ū �ش밡 �ȴ�.

(2) ���߽���- ��(Young)�� ��������
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[�׸�3] ���߽����� ���� ���� ����
[�׸�3]������ ���� �� ���� ���� S1, S2���� ���� ���� ������ ������ ����. ������ ����� ������ ȸ���Ͽ� �� ���� �����İ� ���� ���ļ� �����Ѵ�. �Ի籤���� �ܻ����̸� �� ���İ� ��ũ�� ���� ������ ��(P) �� �������� ���Ͽ� ��� ��ο� �������̸� ����� �ȴ�.
dsin��=n�� (n=0,1,2,��) ---------(3) [�ش�]

dsin��=(n+1/2)�� (n=0,1,2,��) ---(4) [�ؼ�]

sin��=x/��(D2+x2)


�� �ǹǷ� ���迡�� �츮�� D�� x�� �����Ͽ� ������ ���� ���� �븦 ���� �� �ִ�.
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[�׸�4] ���߽����� ���� Fraunhofer ȸ�� ����
(3) ���߽����� ���� ȸ��

���߽���(ȸ������)�� ���� ���� ȸ���� ���� ���߽��� ����м��� �����ϴ�. �� ȸ�����ڴ� ����Ʈ���� �����ϴ� �� �����ϰ� ���� ������ �ⱸ�̴�. �� ���ڴ� �� �ۿ��� �ݻ糪 ���۸� ���� �����ϰ� ������ �� �̼����༱�� �׸�(grid)���� �̷���� �ִµ�, ��� �����ȣ��(1787��1826)�� ���� �������ϰ� ���Ǿ���. ���ó� ���� 1��ġ�� 10,000�� ������ ���� ������ ���ڵ��� ���� ���ǰ� ������ ���� ������ ��Ȯ�� �����ϴµ� ���ǰ� �ִ�.

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[�׸�5] ���߽����� ���� ȸ��
[�׸�5]���� ���� �ٿ� ���� ���౤���� ȸ�����ڿ� �Ի�ȴٰ� ��������. ��, ������ ���� ����� ���� ������ ������ ������ ���ڵ��� �հ��� �ִ� ��ũ���� �������� �������� �����ְ� �ִٰ� �����Ͽ� ������ �ٸ� ��� �������κ����� ����� �Ͼ�ٰ� ����. ������ �������� �����ϴ� (��=0)������ ���� ���� ������ ������ �߾ӿ� ���� ������ ����� �ȴ�.������ ������κ��� ������ �������� ��Ȯ�� ������ ������, �� , ����=n��(n�� ����)�� �����ϴ� �� �迡���� ���������� �����. (���������� ����, �ĵ��� ���� �����谡 ���� ������ ���� ���Ǿ� ���߰��� ������ �������̴�.)d sin��= n�� (n=0,1,2,��)--------(5) [��������]

d sin��= (n+1/2)�� (n=0,1,2,��)---(6) [��Ⱓ��]


�� ���� ���ڰ����̶� �ϰ� n�� ������ ����(order)��� �θ���. �̰��� ���߽����� ���� �Ȱ���. �׷��� ���߽����� ���߽����� ȸ������ ���̿��� �߿��� ���̰� �ִ�. ������ ���� ���� ������ �ش�� �� �����ϰ� �� ����. ��, ������ ���� ���� ������ �������� �ش밪�� �����ϰ� �ǰ� ���� ��Ȯ�� ���� ������ ������ �� �ִ�.
���� ���ڰ��Ŀ��� �谡 90�Ƹ� ���� ���� �����Ƿ� ���� ���� ������nmax = d/��
�� ǥ�õȴ�. ���� ���ڰ���, d �� ���� ū ���ڴ� ���� ���ں��� �� ���� ������ �߻���Ų��. ��, ��ũ�� �󿡼� �� ���� ���̸� ������ �� �ִ�.
�Ի籤�� ���� �������� �ٸ� ������ �����Ѵٸ�(��������� ���) �̰��� �ٻ������̶� �Ѵ�. ȸ�����ڿ� ���� �� ������ �� �������� ������ ���� �����ϰ� ���� ���� �������� ������Ŵ���ν� ����Ʈ���� �����ϰ� �ɰ��̴�.

3. �ⱸ �� ��ġ

(1) ��ǻ�� �� �������̽� ��ġ

(2) ��ǰ�ڽ�(����)

�� ��ũ��
�� ������ ����(2��; ����, ���

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) �� �����(DC 3V)
�� Ȧ�� 2��
�� ȸ������(Diffraction Grating; 300, 600Lines/mm 2��)
�� ȸ������(����) 1��
�� ������ ��ħ��(Aperture Bracket)
�� ������ȯ��(Linear Translator)
�� ������(Light Sensor)


(3) ȸ������(Rotary Motion Sensor)
(4) ��ϸ���
(5) ���̽�(100��)
(6) CD-ROM ���� (option)
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4. ���� ���

1) ��ġ�� �¾�

(1) ������ȯ���� ������ [�׸�6]�� ����. ��ϸ��븦 ȸ�������� ����� ������ȯ�뿡 2���� ����� �����Ѵ�.


(2) ����, [�׸�7]�� ���� �������� ��������ħ��(Aperture Bracket)�� �÷����� �ؿ��� ���縷��� ���� �����ϰ� ��Ŀ���Ϳ� �����Ѵ�.

(3) ������ ������ ���� ���縷�븦 �ٽ� ȸ�������� Ȧ���� ����� ��������� �����ش�.

(�� ���� (1)~(3) ���� ������ �̹� �Ǿ� ������ �ִ�)

(4) [�׸�8]�� ���� ���� ������(����� DC3V ����), ȸ������ ���̽� ���� �÷����� ������ - ȸ���� - ���������� ��ũ��(������)�� ������ ��ġ�� �����Ѵ�.

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[�׸�8] ȸ��������ġ ������

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[�׸�9] ���������� ���� ȸ������

[������ ������ ����]

(1) ���������� ��


��0.1mm ��0.2mm ��0.3mm ��0.5mm ��1.0mm ��1.5mm(2) ��������
�������� 10% (�������� ����=0.25mm), ������ 7mm �����


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[�׸�10] ȸ���ǰ� ȸ������

[ȸ������ ����]

(1) ���Ͻ���

�� ������(a)= 0.02, 0.04, 0.08, 0.16 mm
�� ��������: ������ a= 0.02~0.20mm ���Ӱ���(2) ���߽���
�� ��/����(a/d)= 0.04/0.25, 0.04/0.50, 0.08/0.25, 0.08/0.50
�� ���߰������� (a= 0.04mm�� ����)
�������� d=0.125~0.75 mm ���Ӱ���


(5) �������� �� ����, ������ ������ ������ 2���� �����ϰ� [�׸�9]�� ���� ȸ������ ���� ��(ȸ������ ������) ���� ������ ������ �߾ӿ� ���°� Ȯ���� ����.

(6) ���� ȸ������ ù��°

���Ͻ��� �� ��Ȯ�� �Ի��Ͽ� ��������ħ�뿡 ��Ÿ���� ȸ�����̰� �߾ӿ��� ������ �ǵ��� ȸ������ ������ ��ġ�� �� �����Ѵ�.

(7) ȸ�������κ��� ������ ���DZ�����

�Ÿ� D�� ���� (�����ħ�뿡 �پ��ִ� �ڸ� �̿�)�Ͽ� ����� �д�.

(8) ����� �¾��� ������ ������� �Ͻǻ��·� �����.(��ǻ�Ͱ� �������Ƿ� �׷��� ������� �������̴�)

[����]���������� ���� �Ĵٺ��� ���� ���ϰ� �� ������ �����Ƿ� ���� �鿩�� ��������! ��, �ݻ�� ������ ���� ���⵵ ���ϹǷ� �߸��ؼ� ���� ���� ��ġ�� �ʵ��� �����Ѵ�.


2) ��ǻ���� �¾��� ����Ÿ����
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[�׸�11] ������ �¾�
(1) �������̽� ������ �� ���� ��ǻ�͸� �Ѱ� �����ͽ�Ʃ��� ���α׷��� �����Ѵ�.

(2) ȸ�������� �� �÷���(�����, ���)�� ������� ä��1, 2�� �����ϰ�, �������� �� �÷��׸� ä��A�� �����Ѵ�.

(3) ���α׷� �¾� �����쿡���� ȸ�������� �������� ��ġ�Ѵ�.


ȸ������ �������� Division/Rotation(1ȸ���� ���ش�) 360, 1440 �� 1440�� ���� (ȸ�������� �����Ÿ��� 0.055mm ���� �����ϰ� ����) �ϰ� ���ø��ӵ��� 20Hz ������ �����Ѵ�.

(4) �׷����������� �������� ����� �׷��������츦 ��� ���� �������� ä��A (�������� ���� ���ǰ���), �������� ä��1(ȸ�������� ���� �����Ÿ� ǥ��)�� �����Ѵ�.

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[�׸�12] ������ �ܰ�
(5) �������� �Ʒ��� ���� �̵�(Gain)����ġ�� ���� �� ������ �����Ҽ� �ִµ� 100�������� �����ϸ� �ȴ�. �� ���α׷��� ������ ���ݺ������� ���α׷��� ���� �̵� ������ ���� �� �ʿ䰡 ����.

* �̵潺��ġ

Gain Max Lux
1�� 500 lux
10�� 50 lux
100�� 5 lux

[����] �������� �������ڴ� ���������� ������ Si PIN ������̿���� �����Ǿ� ������ 320nm~1100nm�� ���� ����Ư���� ���´�.


(6) ���۹�ư
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�� ���� ������ ������ �����ϰ� ������ȯ�� �� �������� ��鸮�� �ʵ��� õõ�� ȸ�����̸� ���ʿ��� ���������� ��ĵ�Ѵ�.

(7) ��ĵ�� �� ������ ����

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�Ͽ� ����Ÿ ������ ������ �׷��������쿡�� ���佺���� (Autoscale)
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�� ������.

(�Ʒ� [�׸�13]�� �׷����� �츮�� �ϴ� ���迡�� ������ ��Ÿ���� �׷���)
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[�׸�13] ���Ͻ��������� ȸ������
(8) ȸ�����̰� ����ͻ� �� ��Ÿ���°�? �׷����� �Ų����� �ʴٸ� ��ĵ�� ��鸲�� ���� ������ �� �� �����Ƿ� �ٽ� ���� ������ �ݺ��Ͽ� �����Ѵ�.

(9) ����ƮĿ��

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�� �̿��Ͽ� �߾ӱش�� ���� ��1�ؼ��� ������ �Ÿ� x�� �����Ͽ� ����Ÿ�� ����ϰ� ���� ���� �븦 ����غ���.

(10) ȸ������ �������� ���ʴ�� ���Ͻ����� ���� ������ �ݺ��ϰ� ��� �������� ���Ͻ��� A,B,C,D �� ���� ȸ������ �׷����� ���̰� ���� ���� ����. ���� ������������ ��(a)�� Ŀ������ ȸ�����̴� � ��ȭ�� ��Ÿ���°�?

(11) ���� ���� ���������� ����ϰ�

������ ������ ������ ȸ�����̴� � ��ȭ�� ��Ÿ���°�?

(12) ����, ���� ù��° ���߽����� �Ի� �ǵ��� ȸ������ ������ �� ���߰� ���� ������ ���� ������ �ݺ��ϰ� ȸ������ ������ �׷����� ��´�.

(13) ù��° ������(n=1)���� ����-���ǰŸ� D�� ��ũ���� �߾ӱش�� ������ ��2�ش� �Ÿ�(x2)�� �����ϰ�, ��3�ش�(n=3)�� ��ġ���� x3 �� ����ƮĿ���� �̿��Ͽ� �����ϰ� �����͸� ����Ѵ�.

(14)

�ٸ� ���߽����� ���ؼ��� ���� ���������� �����Ͽ� ���� �������κ��� ���� ���� �븦 ���� �� ���� ���� ���尪�� ���� ����. ���� ���� ���� ��������(������ �Ÿ��� ���������� ��ȭ)�� ����ϰ� ������ ������ ������ ȸ�������� ��ȭ�� �����غ���. ������ ������ �о����� � ��ȭ�� ���̴°�?

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[�׸�14] ���ڸ� �̿��� ���� ��������


(15) ȸ������ ����� [�׸�14]�� ���� 300(Lines/mm) ȸ������(Diffraction Grating)�� ��ü(���ڿ� �����뿡 ���ڸ� ����)�ϰ� �ݴ��ʿ��� ��ũ�� Ȧ������ ��ũ���� ��ġ�Ѵ�. ���ڿ� ���� ȸ���ش����� ��ũ���� �������� �� ǥ�õǵ��� ���ڸ� ������ �� ���߰� ���̽� �󿡼� ����, ��ũ���� ��ġ�� �б� ���� ���� �� ��ġ�ϵ��� �Ѵ�. (ȸ�����ڴ� ������ ���� �ʵ���, ������ �ʵ��� ����)

(16) ���ڿ� ��ũ���� �Ÿ�(D)�� �����ϰ� �߾ӱش�� ��1�� �ش� ������ �Ÿ� x�� �����Ͽ� sin�踦 ����ϰ� ���� ���� �븦 ����Ѵ�.
��, 600(Lines/mm) ���ڿ� ���ؼ��� ���� ������ �ݺ��ϰ� ���� ������ ����Ͽ� ���� ����� ��ġ�ϴ°� �˾ƺ���.

(17) ������ ������ ������� ��ü�ϰ� ���� (15)~(16)������ �ݺ��Ͽ� ��� �������� ���� ���嵵 �����Ѵ�.

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5. �� ��

(1) Light Intensity in Double-Slit and Single-Slit Diffraction Patterns(pdf ����)

(2) ������ ���̿���(Laser Diode)�� �� �����(Photometer)

(3) Single-Slit / Double-Slit (Java-Applets; Diffraction Demo)