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광섬유를이용한빛의속도측정
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1. 실험목적 : 광섬유를 이용하여 빛의 속도를 측정할 수 있다.
2. 관련이론
(1)빛의 전반사
반사율이 100%인 빛의 반사, 빛이 광학적으로 밀한 매질(굴절률이 큰물질)에서 소한 매질(굴절률이 작은 물질)로 입사할 때, 입사각이 어느 특정 각도(임계각)이상 이면 그 경계면에서 빛이 전부 반사되어 버리고 굴절광선은 존재하지 않게 된다.이것이 전반사이며, 전반사가 일어날 수 있는 입사각의 최소값을 임계각이라 한다. 물에서 공기로 나가는 경우를 생각하면 위에서 굴절각이 입사각이 되므로 물에서 48.8도가 되면 공기에서 굴절각이 90도가 됨을 알 수 있다. 입사각이 이보다 크면 및이 모두 유리내면에서 반사되어 버리고 공기속으로는 나가지 않게 된다.
전반사 프리즘은 유리의 이러한 성질을 이용한 것이다. 또 의학부문에서 사용되는 화이버스코프도 전반사를 이용한 것으로 굴절률이 큰 유리섬유의 심을 굴절률이 작은 유리층으로 덮고, 내면에 빛을 반사시켜 굴절률이 큰 유리섬유의 심을 따라 빛이 자유로이 휠 수 있게 되어 있다.
(2)임계각
임계각을 구하기 위하여 매질 1에서의 입사각을 임계각 ｃ으로, 매질 2에서의 굴절각을 90。로 가정하고 굴절의 법칙(snell's law)을 적용하면, 아래와 같은 식을 얻게 된다.
n₁sinｃ = n₂sin90° (1)
이 식으로부터, 임계각ｃ은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
ｃ = sin¹(n₁/n₂) (2)
상대 굴절률(n₁/n₂)이 주어졌을 때의 입사각을 계산한 결과를 표를 통하여 확인할 수 있다. 공기-유리의 경우 상대 굴절률이 1.50정도이므로 대략 임계각이 42°정도임을 알 수 있다.
(3)광섬유
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2011.03.11
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