[물리학실험] Reflectivity Measurement

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목차: 1.실험 목적
2.이론
(1)Fresnel equation
(2)Brewster angle
(3)Solar cell
3.실험 기구 및 장치
4.실험 기구 제작 및 방법
5.실험 결과
(1)Trial 1
(2)Trial 2
(3)Trial 3
6.결과 분석
(1)Plot
(2)Brewster angle
7.토의(Discussion) 및 건의사항

본문내용: 2. 이론

(1) Fresnel equation

전자기파인 빛은 두 개의 서로 다른 물질을 통과할 때, Maxwell의 방정식에 따른 boundary condition을 만족한다. 이에 따라 식을 전개하면 물질을 들어가기 전과 후의 전기장의 크기 차이의 비를 알 수 있고, 이것이 곧 반사율이 된다.

그림. TE wave의 반사율

그림. TM wave의 반사율

또한, 이 식들을 각도에 대한 그래프로 그려보면 다음과 같다.

왼 쪽 그래프는 빛이 덜 밀한 매질에서 밀한 매질로 갈 때, 얻을 수 있는 것이고, 오른 쪽 그래프는 밀한 매질에서 덜 밀한 매질로 갈 때 얻을 수 있는 것이다.

이번 실험에서 왼쪽 그래프를 얻도록 노력해보자.

(2) Brewster angle

자연광이 투명한 물질에 입사할 때 빛은 반사와 굴절을 일으키는데 이 반사광이 굴절 광과 이루는 각이 직각일 때 이 입사각을 Brewster angle 이라고 한다.

제 1매질의 굴절률을 n_1, 제 2매질의 굴절률을 n_2라고 하면 Snell의 굴절 법칙에서

이것을 Brewster’s law라고 한다. 편광 각은 굴절률에만 의존하며, 이 때 반사 빛은 입사 면에 평행한 방향으로 100%편광 된다.

(3) Solar cell

빛을 비추면 그것을 받아서 전위차가 생기는 부품으로 구조는 다음과 같다.

이번 실험에서 주의할 점은 너무 강하지 않은 레이저 출력을 사용해야 한다는 것이다. 너무 센 출력을 사용하면 Saturation이 일어나는 데, 그 경향은 다음과 같다.

따라서 적절한 세기의 레이저 출력을 찾아서 사용해야 한다.

3. 실험 기구 및 장치

(1) Laser(hologram)
(2) Polarizer 2
(3) Acryle
(4) 자체 제작 입사각 조절기
(5) Solar cell
(6) Voltemeter

4. 실험 기구 제작 및 방법

(1) 너무 얇으면 유리 뒷면에서 나온 빛도 detector에 들어간다.
(2) 나무 막대가 너무 얇고 불안정하여 디자인을 바꿔야 했다.
(3) stand들을 수직으로 만드는 것이 힘들었다.

5. 실험 결과

이론적으로 계산되어 있는 결과에 따르면 실험 결과는 다음과 같아야 한다.

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