물리 실험 - 광섬유 예비 리포트

dkrldi02 > 문서박스 > 리포트 | 2008/08/07

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저작시기 : 2005/05
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카테고리 : 리포트 > 자연과학
파일제목 : 광섬유 예비.hwp
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소개글

광섬유 예비 리포트입니다.

실험 이론
실험 기구 및 장치
실험 방법
# 오실로스코프의 모양 및 원리

본문내용

실험 이론
(1) 빛의 전반사
우리가 통신을 할 때 많이 쓰이는 광섬유는 어떠한 원리로 원하는 정보를 전달하고 있을까? 일반적으로 빛이 다른 매질을 지나가게 되면 굴절을 일으키게 된다. 그러나 두 매질의 종류와 빛의 입사각에 따라 빛이 굴절하지 않고 모두 반사하는 경우가 있다. 어떠한 경우에 이러한 일이 발생하는지 알아보도록 하자.
소한 매질에서 밀한 매질로 빛을 입사시킬 때 점차로 입사각을 증가시키면 특정한 각 이상이 되었을 때 빛이 전반사를 일으키게 된다. 이때의 각을 임계각이라 부른다. 임계각보타 큰 입사각으로 들어온 빛은 모두 반사된다. 반사된 빛은 이 때 일반적인 반사의 법칙에 따른다. 위 그림은 입사각을 바꾸어 갈 때 빛이 전반사를 일으키게 되는 것을 보여주고 있다. 광원 s에서 나온 빛이 다양한 입사각을 가지고 공기-유리의 경계면을 통과할 때 그림에서와 같이 a부터 d까지는 굴절을 하게 된다. 하지만 e를 지나게 될 때는 더 이상 굴절을 하지 않게 된다. f부터 g까지는 입사각이 임계각을 넘어서게 되므로 모두 전반사가 일어나게 됨을 알 수 있다.
그림 2에 실제 프리즘에서 입사각을 변화시키면서 빛이 전반사 하는 모습을 관찰할 수 있다. 다음의 사진을 보면 프리즘으로 입사하는 광선의 입사각에 따라 일부는 굴절하여 공기중으로 나아가고 일부는 전반사가 되어 나오게 됨을 알 수 있다.
임계각을 구하기 위하여 매질 1에서의 입사각으로, 매질 2에서의 굴절각을 90도로 가정하고 굴절의 법칙을 적용한다. 이때 다음과 같은 식을 생각할 수 있다.
따라서 임계각은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
유리-공기의 경우 상대 굴절률이 1.50이므로 대략 임계각이 42도임을 알 수 있다.
(2) 광섬유
광섬유는 이런 전반사의 원리를 이용하여 정보를 전달하고 있다. 그림 3은 광섬유에 빛을 비추어 빛이 전반사를 하면서 전달되는 모습을 잘 보여준다.
광섬유는 광통신에서 중요한 열쇠이다. 광섬유의 주요한 일은 정보를 가진 빛을, 정보의 손실을 최소화하면서 유도하는 것으로, 광섬유는 진공 상태에서 빛을 광속의 약 2/3 속도로 전달할 수 있는 유리로 된 가는 실이다.
유리가 빛을 인도할 수 있을까?
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# 오실로스코프의 모양 및 원리
#또 다른 빛의 속도 측정 방법
이론
빛의 속도는 자연을 이해하는데 있어 매우 중요하고도 흥미로운 상수의 하나이다. 빛은, 실험실의 레이저든지 아니면 멀리 떨어진 별들로부터 발생되는 것이든 관계없이 어디서나 일정한 속도로 움직인다. 뿐만 아니라 관측자나 광원의 상대운동에도 무관하게 일정하여, 이는 아인슈타인(A.Einstein)에 의해 상대성이론을 만들어 내는 중요한 근거가 되었다. 이렇듯이 빛의 속도가 과연 일정한지 아니면 상대운동에 따라 변하는지를 포함하여, 속도 그 자체를 정밀하게 측정하는 것이 17세기 갈릴레오 이후 현재까지 물리학계의 주된 관심사였다. 지금은 상대성원리의 여러 결과가 거의 완벽하게 확인되고 있기 때문에, 아인슈타인이 빛의 속도가 진공중에서는 일정한 값을 갖는다고 가정했던 것은 정당하다고 인정되고 있다.
옛날의 천문학자들은 속도가 무한한 것으로 생각하여 멀리 떨어진 별들에서 일어나는 사건은 즉각 관측된다고 믿었다. 그러나 한편으로는 빛의 속도가 유한할지 모른다고 생각한 몇몇의 사람들이 있었다. 그중 이탈리아의 위대한 물리학자인 갈릴레이(G.Galileo) 는 그러한 가정하에 빛의 속도를 재려고 시도 하였다. 그는 자기의 조수를 멀리 떨어진 맞은편 산 봉우리 위에 세우고 각각이 램프를 켜서 덮개로 막았다
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그림 1. 푸코의 방법에 의한 빛의 속도 측정법

렌즈 L2는 s점의 영상(점광원으로 생각할 수 있음)이 회전하는 거울(RM)에 반사되고, 또한 멀리 떨어져 있는 고정 구면거울(Fixed Mirror:FM)에서 반사된 후 s점으로 다시 되돌아 올 수 있도록, 잘 조정되어 있다.
반사를 거친 s 점의 영상을 현미경에서 관측할 수 있도록, 렌즈 L2와 s점 사이에 반은도금된 거울(Beam-splitter)이 그림과 같이 설치되어 있다. 반은거울에 반사된 영상이 바로 s`이다.
만일에 회전거울 RM이 느린 속도로 회전을 하여, 위의 상황에서 조금 회전을 한 후라 하면 회전거울에 반사된 빛은 FM의 조금 다른 지점에 도달하여 반사될 것이다

참고자료

(1) '대학물리학', F.W.Sears등 원저, 대학물리학교재연구회 번역, 광림사, 38장 3절 (708∼710쪽) : 특히 피조(Fizeau)에 의한 빛의 속도 측정방법이 설명되어 있다. 그 외에도 '물리학총론' 등 다른 일반물리학 교재에도 빛의 속도 측정의 역사와 피조의 측정방법등이 기술되어 있다.
(2) 'Fundamentals of Optics' 4판, Jenkins,White저, 1장 2절,3절 (6∼9쪽)

학교정보

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