KR200188981Y1 - 정밀도를 향상시킨 파동광학 실험용 슬릿 - Google Patents

Abstract

본 고안은 정밀도를 향상시킨 파동광학(波動光學) 실험용 슬릿(slit)의 개량에 관한 것으로, 슬릿의 폭과 간격이 일정하고 흑화현상이 잘 이루어져 잡티현상이 거의 없어진 정확한(고 정밀도) 슬릿을 제작하여 회절 및 간섭무늬의 위치와 강도를 정확히 알아 볼 수 있도록 함으로써 슬릿의 폭과 간격 및 일정한 조합에 의해 나타나는 현상을 통하여 정교하고 정밀한 실험을 할 수 있어서 실험자의 흥미를 불러일으키도록 하는데 목적이 있다. 또한, 빛의 강도분포가 이론과 어떻게 일치하는지 비교 분석하여 좀 더 나은 실험키트를 제공하도록 하고, 연속적인 레이저 광을 광원으로 사용하여 정확하고 정밀한 실험을 할 수 있도록 하려는데 목적이 있다.

이를 위하여 흑색 시트지를 일정한 폭과 간격으로 잘라 35㎜ 필름의 30배인 흰 종이에 일정한 간격으로 붙인 후 복사용 필름에 축소 인쇄하는 방법이 알려져 있어 만들었으나 정교한 기술력이 요구되고 축소과정에서 슬릿간격이 일정치 못한 점이 발견되어 컴퓨터(매킨토시)의 일러스트 프로그램을 사용하여 필요한 선이나 원형(흑색)을 만들고 출력기를 통해 약 30,000럭스(lx)의 빛도 차단되는 인쇄필름(인쇄용 재판필름 또는 니스필름)에 포지티브(Positive)로 슬릿을 촬영한 다음 네가티브 (Negative)로 전환하여 정확한 틈과 간격으로 정밀도가 우수한 파동광학 실험용 슬릿을 제작할 수 있도록 한 것이다.

Description

정밀도를 향상시킨 파동광학 실험용 슬릿{Wave optics experimental slit which improves the precision}

본 고안은 파동광학(波動光學) 실험용으로 사용되는 슬릿(slit)의 개량에 관한 것으로, 상세하게는 컴퓨터(매킨토시)의 일러스트 프로그램을 사용하여 필요한 선(흑색)을 만들고 출력기를 통해 약 30,000럭스(lx)의 빛도 차단되는 인쇄필름(인쇄용 재판필름 또는 니스필름)에 포지티브(Positive)로 슬릿을 촬영한 다음 네가티브(Negative)로 전환하여 정밀도를 크게 향상되고 잡티현상이 거의 없어진 슬릿을 제공할 수 있도록 하고, 아울러 빛의 강도분포가 이론과 어떻게 일치하는지 비교 분석하여 좀 더 나은 실험키트를 제공할 수 있도록 하고, 연속적인 레이저 광을 광원으로 사용하여 정확하고 정밀한 실험을 할 수 있도록 한 것이다.

빛의 파동적인 성질을 알기보기 위해서는 간섭현상과 회절현상을 관찰해야 하는데 이는 슬릿(slit)에 광원을 입사시켜 발생하는 회절 및 간섭무늬를 관찰함으로써 쉽게 확인할 수 있다.

따라서, 슬릿은 폭과 간격이 정교하게 만들어져야 빛의 올바른 형태의 회절과 간섭무늬를 관찰할 수 있는데 종래의 파동광학 실험용 슬릿이나 시중에 유통되는 슬릿으로는 빛의 회절과 간섭무늬의 정확한 관찰이 불가능하여 정교한 슬릿의 제작이 요구되고 있다.

일반적으로 파동(wave)이라 함은 균일한 상태에 있는 물질의 한 부분에 변화 를 일으키면 이 변화된 상태가 물질을 통해서 퍼져나가는 상태로 매질은 이동하지 않고 특정방향으로 진동만 하면서 에너지를 이동시키는 현상이다.

자연상태에서 관측되는 파동현상은 대단히 많지만 쉽게 눈으로 관측되는 현(용수철) 및 수면파에서의 파동과 눈에 관측되지 않는 음파의 성질을 주로 다루고 있으나 빛의 파동성을 나타낼 수 있는 실험은 거의 일어나지 않고 있다.

빛(光)은 전하가 가속도 운동을 할 때 방출하는 에너지이다. 이 에너지는 자기적 성질과 전기적 성질을 파동(波動)의 형태로 전달한다. 따라서 전자기파인 빛도 간섭현상과 회절현상을 일으킨다.

즉, 간섭은 공간의 한 점에서 만나는 둘 또는 그 이상의 파동이 중첩되는 현상이며, 회절은 장벽이나 장애물에 의해 파면의 일부가 잘려질 때 모서리 둘레에서 일어나는 파의 굽힘 현상으로, 빛의 이러한 성질을 확인해보는 것은 흥미로울 뿐 아니라 빛의 파동적인 성질을 인지하는데 매우 효과적이다.

한편, 전자기파인 빛의 파동성 원리를 실험할 수 있는 파동광학 실험을 위한 실험키트가 소개되고 있는데 이는 빛의 파동성을 입증할 수 있는 중요한 특성인 편광과 회절 및 간섭에 관한 전반적인 내용을 일반적인 광원(백색광, 백열등, 나트륨등, 수은등)으로 실험하고 원리를 쉽게 얻을 수 있도록 설계되어 있다.

따라서, 실험자로 하여금 흥미를 유발하면서 회절과 간섭현상 등에 대해 다양하게 접목시킬 수 있어 매우 유익한 실험키트라 할 수 있다.

그러나, 기존 실험서에 소개된 실험광원은 백열등(백색등), 나트륨등, 수은등과 같은 통상의 광원을 이용하므로 정격출력이 약하고 짧은 광학대의 길이(약 60 ㎝)로 인하여 간섭무늬의 간격과 위치를 정량적으로 측정할 수 없고, 또한 실험에 마땅한 광도계가 없어서 빛의 광도분포를 확인할 수 없는 등 복합적인 문제점이 있어서 개선의 여지가 많은 편이다.

특히, 단일슬릿(single slit), 이중슬릿(double slit), 다중슬릿(grating), 원형구멍(pinhole) 등의 실험용 슬릿들이 매끄럽고 정교하게 제작되지 못하고 있을 뿐 아니라 슬릿 이외의 부분들이 통상의 광원을 완전히 차단시킬 수 있는 흑화현상이 거의 이루어지지 않고 있으며, 슬릿의 폭과 간격 또한 일정하지 않아 빛의 완벽한 간섭현상과 회절현상이 일어나지 않는다.

또한, 잡티현상(speckle)이 많아 간섭무늬를 관찰하는데 어려운 점이 수반된다. 따라서 이러한 점들만이라도 개선된다면 아주 효율적인 파동광학 실험용 키트가 될 수 있으며 아울러 빛의 회절과 간섭현상을 정확히 이해하는데 아주 효과적일 것이다.

따라서, 본 고안에서는 파동광학 실험용 슬릿의 폭과 간격이 정밀하게 유지되고 흑화현상이 이루어지는 정확한 슬릿을 만들어 정확한 회절 및 간섭무늬의 위치와 강도를 알아 볼 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 파동광학 실험용 슬릿의 폭과 간격의 일정한 조합에 의해 나타나는 현상을 통하여 실험자의 흥미를 불러일으키도록 하는데 목적이 있다.

또한, 이론적인 강도분포와 어떻게 일치하는지 비교 분석하여 좀 더 나은 실험키트가 되게 하는데 목적이 있다.

또한, 슬릿에 의한 파동광학 실험을 할 때 백열등, 나트륨등, 수은등과 같은 광원 대신 수 십㎽의 연속 레이저(He-Ne 레이저, 반도체 레이저)로 정교하고 정확한 실험을 할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

한편, 흑색 시트지를 일정한 폭과 간격으로 잘라 35㎜ 필름의 30배인 흰 종이에 일정한 간격으로 붙인 후 복사필름에 축소 인쇄하는 방법이 알려져 있어 만들었으나 정교한 기술력이 요구되고 축소과정에서 슬릿간격이 일정치 못한 점이 발견되어 정교한 슬릿으로 부적절하였다.

상기목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 컴퓨터(매킨토시)의 일러스트 프로그램을 사용하여 필요한 선을 만들고 출력기를 통해 약 30,000럭스(lx)의 빛도 통과되지 않는 인쇄필름(인쇄용 재판필름 또는 니스필름)에 포지티브(Positive)로 슬릿을 촬영한 다음 네가티브(Negative)로 전환하여 정교한 상태의 슬릿을 만들도록 한다.

도 1 - 단일슬릿으로 빛의 회절실험을 하기 위한 구성도.

도 2 - 빛의 회절로 나타나는 소멸과 간섭 중 어두운 무늬를 나타낸 도면.

도 3 - 빛의 회절로 나타나는 소멸과 간섭 중 밝은 무늬를 나타낸 도면.

도 4 - 단일슬릿의 회절무늬에서 첫 최소점의 각을 나타낸 도면.

도 5 - 단일슬릿에서 프라운호퍼 회절무늬의 진폭과 강도를 도시한 그래프.

도 6 - 이중슬릿을 떠난 평행광의 광로차를 도시한 도면.

도 7 - 영(Young)의 이중슬릿에 의한 간섭을 도시한 도면.

도 8 - 슬릿의 폭(d)이 3b 인 경우 이중슬릿의 강도곡선 그래프도.

도 9 - 이중슬릿의 무늬 폭(d)이 3b 인 경우 사라진 차수의 모양도.

도 10 - 다중슬릿에 의한 빛의 회절 및 간섭도.

도 11 - 컴퓨터를 이용한 본 고안 슬릿 제작 과정도.

도 12 - 본 고안의 실험 장치도.

도 13 - 단일슬릿에 폭에 따른 빛의 회절무늬 모양사진.

도 14 - 단일슬릿의 폭(b)이 0.1㎜ 인 경우의 강도분포 곡선도.

도 15 - 단일슬릿의 폭(b)이 0.2㎜ 인 경우의 강도분포 곡선도.

도 16 - 단일슬릿의 폭(b)이 0.3㎜ 인 경우의 강도분포 곡선도.

도 17 - 단일슬릿의 폭(b)이 0.4㎜ 인 경우의 강도분포 곡선도.

도 18 - 단일슬릿의 폭(b)이 0.5㎜ 인 경우의 강도분포 곡선도.

도 19 - 단일슬릿의 폭(b)에 의한 중앙에서의 강도비교도.

도 20 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.1㎜일 때 빛의 회절 및 간섭무늬 사진.

도 21 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.2㎜일 때 빛의 회절 및 간섭무늬 사진.

도 22 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.1㎜(d=2b)일 때 강도 분포곡선도.

도 23 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.1㎜(d=3b)일 때 강도 분포곡선도.

도 24 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.1㎜(d=4b)일 때 강도 분포곡선도.

도 25 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.1㎜(d=5b)일 때 강도 분포곡선도.

도 26 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.1㎜(d=6b)일 때 강도 분포곡선도.

도 27 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.2㎜(d=2b)일 때 강도 분포곡선도.

도 28 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.2㎜(d=3b)일 때 강도 분포곡선도.

도 29 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.2㎜(d=4b)일 때 강도 분포곡선도.

도 30 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.2㎜(d=5b)일 때 강도 분포곡선도.

도 31 - 이중슬릿의 폭(b)이 0.2㎜(d=6b)일 때 강도 분포곡선도.

도 32 - 단일슬릿과 이중슬릿의 회절 및 간섭무늬의 모양사진.

도 33 - 다중슬릿에 의한 회절 및 간섭무늬 모양사진.

도 34 - 다중슬릿의 수가 20개일 때 강도분포 곡선도.

도 35 - 다중슬릿의 수가 10개일 때 강도분포 곡선도.

도 36 - 다중슬릿의 수가 4개일 때 강도분포 곡선도.

본 고안을 설명하기에 앞서 빛에 대한 성질과 이론을 간략히 설명하면 다음과 같다.

회절현상의 한 예로써 단일슬릿에 의한 프라운호퍼(Fraunhofer)회절을 고찰해보면, 입사파는 슬릿의 면에 수직하게 입사한다고 가정하며 이는 물리적인 상황을 변화시키지 않고 수학적으로 간단하게 되며, 호이겐스의 원리에 의하면 입사파가 슬릿 위에 투사될 때 슬릿면의 모든 점들은 2차소 원파원이 되고 회절파는 새로운 파를 만들게 된다.

작은 슬릿이 원형이 아니고 길이가 긴 슬릿이라면 폭이 좁은 쪽으로는 점 파원에 의한 구면파의 성질이 크고 폭이 넓은 쪽으로는 평행파의 성질이 강하여 거의 회절되지 않는 것을 알 수 있다.

따라서, 슬릿의 폭이 좁으면 좁을수록 회절현상을 뚜렷이 볼 수 있다. 긴 슬릿에 의한 회절현상은 작은 점 광원들이 실틈에 따라 나란히 배열되어 있고 이들에 의해 만들어진 구면파들이 중첩한 결과로 설명된다.

한편, 도 1과 같이 파장이 λ인 간섭성 평행광이 폭이 b인 슬릿을 통과 한 후 각 θ 로 회절하여 L 만큼 떨어진 스크린 상의 한 점 P에 도달했다고 가정하면 스크린이 슬릿에서 슬릿의 폭에 비해 충분히 멀리 떨어져 있으면 슬릿 상에 있는 많은 점 광원에서 P점에 도달하는 광선들이 평행하다고 취급할 수 있다.

이와같이 슬릿에 들어오는 광이 평행광이고 회절되어 나가는 광선들이 평행인 회절을 프라운호퍼 회절이라 하며, 광원과 스크린이 슬릿에 가까이 있어 들어오는 광이 구면파이고 회절되어 나가는 광선들도 평행이 아닌 일반적인 회절을 프레즈넬 회절이라 한다. 상기 프라운호퍼 회절은 프레즈넬 회절의 극한적인 경우에 해당하며 수학적으로 취급이 용이한 장점이 있다.

도 1에서 슬릿의 맨 위를 출발한 광과 맨 아래를 통과하는 광 사이로의 경로차는 다음과 같다

여기서 경로차가 파장만큼 일어났다고 하면 즉,라면 도 2처럼 슬릿 을 이등분하였을 때 A 점을 출발한 광과 B 점을 출발한 광사이에는 반파장의 광행로 차가 발생된다. 광행로 차가 반 파장이면 두 광선이 위상차는 πrad 만큼 나타나고 상대적인 위치는 정반대가 된다.

따라서, 두 광이 P 점에 도달시 사라지게 된다. 같은 방법으로 생각해보면 AB 부분의 광과 BC 부분의 광이 P점에 도달했을 때 반파장 만큼의 광행로 차가 발생하므로 중첩되어 모든 광이 사라진다.

그러므로 P 점은 어둡게 된다. 광행로 차가 파장의 한 배반 만큼 일어났다고 가정하여라면 도 3 처럼 슬릿을 3등분 했을 때 A 점을 출발한 광과 B 점을 출발한 광사이에는 반파장의 광행로 차가 발생된다.

따라서, AB 부분의 광과 BC 부분의 광이 P 점에 도달시 중첩되어 사라지지만 CD 사이의 광은 사라지지 않고 남아 P 점이 밝아지게 된다.

그러므로 슬릿을 통과하는 광이 각 θ 로 회절 될 때 맨 위를 출발한 광과 슬릿의 맨 아래를 통과하는 광행로 차가 반 파장의 짝수배이면 광이 사라져서 어둡게 되고 홀수배이면 밝게된다. 폭이 b 인 슬릿에서 각 θ 로 회절될 때 명암의 회절무늬 조건식은 다음과 같다.

....... 밝다 --------------------------(식 1)

.......... 어둡다 ------------------------(식 2)

m = 1, 2, 3, .....

스크린의 중앙(m=0)은 밝은 무늬가 되고 중앙에서 멀어질수록 무늬의 밝기는 흐려진다.

도 4와 도 5는 폭이 b인 슬릿으로부터 멀리 떨어진 스크린에 나타나는 강도무늬를 sin θ 의 함수로 보여준다.

무늬의 세기가 sin θ =0 에서 최대가 되며 어떤 각에서는 0으로 줄어드는 것을 볼 수 있다. 그 각은 폭 b와 파장 λ에 의존함을 볼 수 있다. 중앙회절 최대(central diffraction maximum)의 양쪽으로 부차적인 띠들이 나타나지만 대부분의 빛의 세기는 중앙 회절 최대에 집중된다.

중앙 최대로부터 첫 번째 최소까지의 거리(y)는 각 θ 와 슬릿과 스크린까지 거리 L과는의 관계를 갖는다.

이 각은 매우 작으므로 tan θ ≒ sin θ 이다.

따라서,

---------------------------------------------------(식 3)

이다.

그림 5로 도시한 강도 무늬를 계산하기 위해서는 단일슬릿의 파동방정식이 필요한데 다음과 같다.

-----------------------------(식 4)

이고, 진폭 A =이며, 여기서이다. 또한,이다. 따라서, 스크린 위의 강도는,

------------------------------------------(식 5)

로 표현된다.

도 6은 폭이 b 이고 이중슬릿으로 빛이 통과했을 때 폭과 간격에 따른 경로차를 보여주는 것이며 각 θ 에 해당하는 각 슬릿으로부터 나오는 두 짝의 회절파를 갖는다.

그리고 실제로 관측되는 것은 이러한 파들의 간섭에 의한 무늬 모양임을 알 수 있다. 즉, 회절과 간섭의 결합을 얻게 됨으로써 회절과 간섭이 동시에 나타남을 알 수 있다.

도 6은 폭이 b 인 슬릿들의 간격은 d 이고 스크린까지의 거리는 L 이다. 스크린 중심에서 y 만큼 떨어진 p점에서의 밝기를 결정하는 것은 S₁에서 온 광과 S₂에서 온 광과의 위상차에 의해 결정된다.

따라서, 두 광의 광행로 차 Δ 는와 같다. 여기서는 슬릿에서 P 점을 바라본 각이다. m 번째 간섭무늬의 위치 y_m은 다음과 같게 된다.

...... 밝은 무늬 --------------------------------(식 6)

..... 어두운 무늬 ---------------------------(식 7)

m = 0, 1, 2, 3, ......

무늬사이 간격를 결정하면

--------------------------------------------------(식 8)

이고 무늬사이의 간격은 파장이 길수록 커지고 간격이 좁을수록 커진다.

도 8은 슬릿 폭(b)와 슬릿간격(d)의 관계가 d = 3b인 경우에 스크린에 나타나는 회절 및 간섭현상으로서 이러한 무늬 모양이 나타나는 이론적 배경은 다음과 같다.

단일슬릿에 의한 파동 방정식은 (식 4)에서처럼 아래와 같이 주어진다.

도 6에서 c를 중심으로 정하고에서까지 적분하면,

가 된다. 이것을 전개하면 파동 방정식은,

와 같이 나타낼 수 있으며, 여기서이며,이다.

또한,이다.

한편, 프라운호퍼 회절 및 간섭무늬에 따른 빛의 강도식은,

---------------------------------------(식 9)

와 같이 되고 간섭상의 극대는항 만으로 결정되며,

-------------------------------(식 10)

간섭상의 극소는라는 정의에 따라,

---------------------(식 11)

이며,

회절상의 극소는-------------------(식 12)

로 나타난다.

이중슬릿의 강도곡선을 도시한 도 9의 (c)에서 보면 어떤 일정한 차수가 없어져 있거나 혹은 적어도 매우 낮은 강도의 두 극대로 축소되어 있다. 이러한 사라진 차수(missing order)는 식 2와 식 4의의 동일한 값에 대해 만족하는 곳에서 일어난다.

도 9는 사라진 차수가 일어나는 모양(d = 3b)으로

--------------------------------------------------(식 13)

이다. 상기 식에서 m 과 p 는 둘 다 정수이며, d = 2b에서는 차수(order) 2, 4, 6, ...가 사라지고 d = 3b에서는 3, 6, 9, ....가 사라진다.

다중슬릿은 여러 개의 슬릿을 등 간격으로 배치해 놓은 것으로 회절격자 (grating)(에돌이 발)이라고도 부르는데 슬릿의 수가 여러 개 일 때의 회절 간섭현상도 근본적으로는 영의 이중슬릿에 의한 간섭실험과 동일하다.

도 10 에서 처럼 슬릿의 수가 5개인 회절격자에 의해서 만들어지는 간섭무늬를 살펴보면 슬릿의 폭이 b 이고 간격은 d 일 때 진공중에서 파장이 λ인 평행광이 입사하여 각 θ로 회절되어 P 점에 도달한다.

스크린과 회절격자 사이의 거리가 충분히 떨어져 있어 프라운호퍼 회절로 취급한다. 도 10에서 이웃하는 광선들 사이의 광행로 길이차가 파장의 정수배이면 P점에서 밝은 무늬를 형성한다.

따라서, 회절격자에서 밝기의 극대점을 나타내는 회절각은 다음과 같다.

--------------------------------------------(식 14)

위의 식은 수직입사에 대한 회절격자 방정식이다. 즉에 의존하는 식이며 여기서 m은 차수라 한다. 이는 물체에서 방출하는 광의 분포를 결정하고 개개의 파장을 측정하는데 널리 이용된다.

다중슬릿에서의 선속밀도 분포함수는

-----------------------------(식 15)

이다.는 단일슬릿에 의해인 방향으로 방출된 선속밀도이고,이다.

주요 최대값(Principle Maxima)은인 경우에 나타난다.

즉,인 경우, 마찬가지로로부터인 경우이며이다. 이 결과는 매우 일반적인 표현이며,인 모든의 값에서 최대를 이루는의 위치를 나타낸다.

선속밀도가 0인 최소값은경우,

또는인 경우에 나타난다.

그러므로 인접한 두 개의 최대값 사이에(즉의 범위내) N-1개의 최소가 존재하고 한 쌍의 최소값 사이에 보조 최소값이 존재한다.

위의 식에서은 간섭무늬의 강도에 영향을 주는 항이고은 간섭효과의 결과로 나타나는 무늬의 위치에 상관하는 항이다.

도 11은 컴퓨터와 일러스트 프로그램을 이용하여 슬릿을 제작하는 과정을 도시한 도면이다.

즉, 컴퓨터(매킨토시)의 일러스트 프로그램을 사용하여 필요한 슬릿이나 선 (흑색)을 만들고, 출력기를 통해 약 30,000럭스(lx)의 빛도 통과되지 않는 인쇄필름(인쇄용 재판필름 또는 니스필름)에 포지티브(Positive)로 슬릿을 촬영한 다음 네가티브(Negative)로 전환하여 정교한 상태의 슬릿을 만들어 잡티현상 (speckle) 등이 제거되도록 한다.

본 고안에서 정교하게 제작할 수 있는 슬릿으로는 단일슬릿(single slit), 이중슬릿(double slit), 다중슬릿(grating) 등을 들 수 있으며, 슬릿이나 선 및 원형 이외의 부분은 완벽에 가까운 흑화현상이 이루어지도록 하여 레이저 광을 차단하여 정교한 실험을 수행할 수 있도록 한다.

단일슬릿은 도 13 내지 도 19와 같이 슬릿의 폭이 좁을수록 무늬간격이 커지고 중앙에서 멀어질수록 무늬가 약해지며 무늬간격이 측정치와 계산치가 거의 일치되며, 폭이 넓어질수록 무늬간격이 좁아짐과 더불어 회절현상이 뚜렷이 나타나고, 광의 강도 그래프 또한 이론과 일치됨을 알 수 있다.

이중슬릿은 도 20 내지 도 31과 같이 슬릿간격(d)이 커짐에 따라 간섭무늬의 간격은 좁아지고 무늬간격이 파장(λ)과 길이(L)에 비례하며 슬릿간격(d)에는 반비례함을 알 수 있다.

또한, 도 20, 도 21의 사진에 나타나듯이 스크린 상에 상이 5차 이상까지 선명하게 나타났고 슬릿 폭(b)이 0.1㎜에서 0.2㎜로 두 배 커짐에 따라 회절무늬의 폭은 거의 반으로 줄어들고 슬릿간격(d)가 커짐에 따라 강도분포가 작아짐을 알 수 있다.

특히, 이중슬릿은 간섭상과 회절상이 동시에 일어나는데 극대와 극소가 되는 차수가 d = 2b 에서 2, 4, 6, .... d = 3b 에서는 3, 6, 9 .... , d = 4b 는 4, 8, .... , d = 5b 는 5, 10, .... , d = 6b 는 6, 12, ....에서 사라진 차수(missing order)가 잘 나타났으며 이론과 일치한다.

단일슬릿과 이중슬릿의 슬릿폭(b)을 0.1㎜로 하고 회절과 간섭무늬를 비교해 본 결과 회절무늬가 일치하고 이중 슬릿에서는 회절무늬 안에서 간섭무늬가 나타남을 볼 수 있다.

이와 같이 정교하게 제작된 슬릿은 기존의 시중이나 실험키트 속의 슬릿에 비해 흑화현상이 잘되어 잡티현상(speckle)이 거의 없어졌고 회절 및 간섭무늬가 뚜렷하게 나타났다.

특히, 이중슬릿에서 사라진 차수(missing order)가 뚜렷해 간섭효과를 극대화 할 수 있었다.

또한, 작은 슬릿이 원형이 아니고 긴 슬릿이라면 폭이 좁은 쪽으로는 점 광원에 의한 구면파의 성질이 강하고 폭이 넓은 쪽으로는 평행파의 성질이 강하여 회절이 거의 이루어지지않는 것을 알 수 있다.

따라서, 슬릿의 폭이 좁으면 좁을수록 회절현상을 뚜렷이 볼 수 있다. 긴 슬릿에 의한 회절현상은 작은 점 광원들이 슬릿에 따라 나란히 배열되어 있고 이들에 의해 만들어진 구면파들이 중첩한 결과로 설명된다.

도 10과 같이 파장이 λ인 간섭성 평행광이 폭이 b 슬릿을 통과 한 후 각 θ 로 회절하여 L만큼 떨어진 스크린 상의 한 점 P에 도달했다고 보면, 스크린이 슬릿에서 슬릿의 폭에 비해 충분히 멀리 떨어져 있으면 슬릿 상에 있는 많은 점 광원에서 P점에 도달하는 광선들이 평행한다고 취급할 수 있다.

이와 같이 슬릿에서 들어오는 광이 평행광이고 회절되어 나가는 광선들이 평 행인 회절을 프라운호퍼 회절이며 광원과 스크린이 슬릿에 가까이 있어 들어오는 광이 구면파이고 회절되어 나가는 광선들도 평행이 아닌 일반적인 회절을 프레즈넬 회절이라 한다.

한편, 본 고안에서 슬릿을 만들기 위해 먼저 흑백 복사용 필름(ASA 100, 코닥)을 이용해보고 다시 슬라이드 필름을 사용하여 만들어 보았으나 현상처리가 된 필름이 완전한 흑화현상이 되지 않아 레이저광이 슬릿의 전 부분을 통과하여 명확한 회절과 간섭현상을 관찰 할 수가 없었다. 이는 카메라에 들어오는 광량의 조절과 현상시 암실의 조건이 까다롭기 때문이다.

흑백필름이나 슬라이드 필름으로는 회절 및 간섭무늬를 확인하기에 어려움이 많아 인쇄용의 인쇄필름(인쇄용 재판필름 또는 니스필름)을 이용하여 슬릿을 만들기로 하였다.

이 때 흑색 시트지를 잘라 단일슬릿(single slit), 이중슬릿(double slit), 다중슬릿(grating)을 만들어 실험에 사용하기로 하고, 단일슬릿은 가로 1.5㎜와 세로 300㎜로 잘라 1.5㎜를 b라하고, 2b, 3b, 4b, 5b를 만들고 이중슬릿은 가로 1.5㎜와 길이 300㎜ 혹은 가로 3.0㎜와 길이 300㎜를 잘라 1.5㎜나 3.0㎜를 슬릿폭(b)이라 하고 d = 2b, d = 3b, d = 4b, d = 5b, d = 6b의 간격으로 만들었다.

다중슬릿도 마찬가지 방법으로 잘라 공히 35㎜ 필름 크기의 30배 정도 종이에 나란히 붙인 후 복사필름에 30배 정도로 축소 인쇄하여 슬릿을 만들었으나 정교한 기술력이 요구되고 축소하다 보니 슬릿간격이 일정하지 못한 점이 발견되었다.

따라서, 본 고안에서는 슬릿의 제작을 좀더 정밀하게 하는 방법의 필요성을 인식하고 고심하던 중 매킨토시 컴퓨터의 일러스트 프로그램을 이용하여 제작하기로 하였다.

매킨토시 컴퓨터의 일러스트 프로그램을 이용하여 모니터 상에 필요한 선을 흑색으로 그린 다음 이를 암실용 출력기(아그파, Selectset Avavtra 30)에 인쇄필름(인쇄용 재판필름 또는 니스필름 : 감도 농도 4.3. 일반필름 3.5 정도)을 넣고 레이저 광선으로 노출시켜 포지티브(Positive)로 촬영하여 그레일 스케일의 적외선 램프를 사용하여 네가티브(Negative)로 전환시켰다.

여기서 주의할 사항은 프로그램에는 선이나 원을 넣는 최소단위가 0.4㎜전ㆍ후이기 때문에 출력기의 축소비율을 적용하여 제작하여야 하는 점이다. (0.1㎜ 간격의 슬릿을 만들기 위해 1㎜의 선을 긋고 10%로 축소함) 이렇게 제작하여 현미경으로 슬릿을 측정해 본 결과 원하는 슬릿을 만들 수 있었다.

아래[표 1]은 위의 방법으로 실험에 사용하기 위해 만든 슬릿의 종류이다.

[표 1] 실험에 사용하기 위해 제작된 슬릿의 종류

실 틈 의 종 류	실 틈 의 폭
단 일 실 틈	0.1㎜,0.2㎜,0.3㎜,0.4㎜,0.5㎜
이중슬릿	b=0.1㎜	d=2b,3b,4b,5b,6b
	b=0.2㎜	d=2b,3b,4b,5b,6b
다 중 실 틈	b=0.1㎜로 간격을 일정하게 하고 슬릿 수를 2, 4, 10, 20개로제작

이 때 인쇄필름(인쇄용 재판필름 또는 니스필름)을 이용하여 슬릿을 제작할 때 가장 적절한 현상처리 및 광량조절 조건은 다음 표 2와 같다.

[표 2]

현 상 액	인쇄용 리스 현상액
현 상 온 도	18 ℃ ~ 20 ℃
현 상 시 간	1 분 30 초
정 착 액	PPC FIXER
정 착 시 간	2 분
조 리 개 및 노 출	F11, 4초

실험방법은 보통 시판되고 있는 파동광학 실험키트와 그것의 실험지침서를 사용하였다. 이 실험키트는 총 15종류의 실험을 할 수 있도록 설계되어 있다.

다음 표 3은 15종류의 실험목록을 나타낸 것이다.

[표 3] 실험목록

실험 순	실 험 명
실험 1	파동의소개
실험 2	광의 편광특성
실험 3	말루스의 법칙
실험 4	반사에 의한 편광
실험 5	단일구멍에 의한 회절
실험 6	단일슬릿(single slit)에 의한 회절
실험 7	영(Young)과 이중슬릿(double slit)에 의한 회절과 간섭
실험 8	다중슬릿에 의한 회절과 간섭
실험 9	평면거울(Lloyd의 거울)에 의한 간섭
실험 10	이중거울(Fresnel의 이중거울)에 의한 간섭
실험 11	이중프리즘(Fresnel의 이중프리즘)에 의한 간섭
실험 12	얇은 막에 의한 간섭
실험 13	공기쐐기에 의한 간섭
실험 14	뉴톤 고리의 관찰
실험 15	홀로그램의 재생과 관찰

실험지침서에 제시된 통상의 광원(백열등, 백색광, 나트륨등, 수은등 등등)은 약하므로 대신 본 고안에서는 레이저 광원을 사용하여 정교하고 정밀한 실험을 할 수 있도록 하고, 광의 강도는 광도계(Power meter, Oriel 70260, ㎼~수 W)를 이용하여 측정하도록 한다.

도 12는 본 고안을 이용한 파동광학 실험장치의 배치도를 도시한 것이다.

본 고안 실험의 일 실시 예로 사용한 레이저 광원의 파장은 633㎚로 연속광을 내는 He-Ne 기체 레이저이고, 슬릿을 통과한 회절 및 간섭무늬는 스크린 상에 나타나게 하여 이를 암실에서 칼라필름으로 촬영하였으며 사용 필름은 코닥 ASA 감도 400으로 사용하고 카메라는 니콘(Nikon) F90을 사용하였으며 조리개는 강도에 따라 조금씩 차이는 있으나 F11로 하고 노출시간은 1초로 하였다.

이때 슬릿과 스크린 사이의 거리는 3m로 하고, 카메라와 스크린 사이의 거리는 60㎝로 하였다. 스크린은 흰색보다는 뚜렷한 상을 얻기 위해 검은색을 사용하였으며, 광의 강도 측정은 스크린 상에 나타나는 무늬의 밝기를 광도계로 측정하여 상대적인 강도를 측정하였다.

또한, 무늬사이의 간격과 강도곡선(Intensity curve)을 분석하여 슬릿 폭과의 관계를 조명하였다.

도 13은 단일슬릿의 폭(b)이 증가함에 따른 회절현상을 나타낸 사진으로 폭이 증가함에 따라 회절무늬 간격이 좁아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 중앙 최대로부터 첫 번째 최소까지의 거리(y)를 계산한 결과는 다음 표 4와 같다.

[표 4] 슬릿폭의 크기에 따른 회절무늬 간격(y) (단위 ㎜)

슬릿의 폭(b)	측 정 값	계 산 값
0.1	18.0	18.899
0.2	8.5	9.495
0.3	6.0	6.330
0.4	5.0	4.747
0.5	4.0	3.798

즉, 슬릿의 폭이 좁을수록 무늬간격은 커지고 중앙에서 멀어질수록 무늬의 상대적인 강도는 낮아짐을 알 수 있으며 측정값과 계산값이 거의 일치함을 알 수 있다.

또한, 단일슬릿의 폭이 증가함에 따라 일정한 거리에서 광도계를 사용하여 회절무늬의 강도를 측정한 결과는 아래 [표 5]와 같다.

이때, 슬릿 폭(b)을 0.1㎜, 0.2㎜, 0.3㎜, 0.4㎜, 0.5㎜로 증가시켜 강도를 측정하여 나타낸 값으로 1개의 회절무늬에서 가능한 3곳을 측정하였다.

[표 5] 단일슬릿의 폭(b)에 따른 강도 결과 (단위 ㎽)

구 분	0	1	2	3
b=0.1	측정치	36.4	28.8	6.1	1.0	1.7	1.0	0.4	0.6	0.4	0.2	0.3	0.2
	강 도	6.2	4.9	1.0	0.2	0.3	0.2	0.1	0.1	0.1	.	.	.
b=0.2	측정치	88.0	61.8	18.7	2.7	5.1	2.7	1.0	1.8	1.0	0.5	0.9	0.5
	강 도	14.9	10.5	3.2	4.5	0.9	0.5	0.2	0.3	0.2	0.1	0.2	0.1
b=0.3	측정치	191.8	135.0	35.9	.	8.1	.	.	3.1	.	.	2.3	.
	강 도	32.5	22.8	6.1	.	1.4	.	.	0.5	.	.	0.4	.
b=0.4	측정치	310.0	250.0	67.0	.	9.7	.	.	3.2	.	.	2.4	.
	강 도	52.5	42.3	11.3	.	1.6	.	.	0.5	.	.	0.4	.
b=0.5	측정치	591.0	309	.	.	15.0	.	.	6.7	.	.	2.7	.
	강 도	100	52.3	.	.	2.5	.	.	1.1	.	.	0.5	.

도 14내지 도 19는 상기 표 5에 따른 결과를 프라운호퍼 회절무늬 강도분포를 그래프로 나타낸 것으로 단일슬릿의 폭에 따른 강도분포 곡선을 그린 그래프이다.

도 14는 단일슬릿의 폭을 0.1㎜로 한 것이고, 도 15는 단일슬릿의 폭을 0.2㎜로 한 것이고, 도 16은 단일슬릿의 폭을 0.3㎜로 한 것이고, 도 17은 단일슬릿의 폭을 0.4㎜로 한 것이고, 도 18은 단일슬릿의 폭을 0.5㎜로 한 것이다.

그래프를 보면 슬릿 폭의 증가로 나타나는 회절무늬의 강도분포 곡선을 나타내는데 단일슬릿은 스크린상의 중앙(m=0)에서 밝은 무늬가 되고 중앙에서 멀어질수록 무늬의 상대적인 강도는 낮아지며 간격이 좁을수록 회절간격은 넓어지나 중앙에 집중되는 강도는 도 19에서와 같이 약해지며(b=0.1㎜일 때 중앙최대 강도는 백분율로 6.2) 폭이 넓어질수록 무늬 간격은 좁아지며, 중앙에 집중되는 강도(b=0.5㎜일 때 중앙최대 강도는 백분율로 100)는 커지는 것을 볼 수 있고 회절현상도 뚜렷이 보인다.

도 20은 슬릿 폭(b)을 0.1㎜로 하고 슬릿간격(d)이 증가함에 따라 회절 및 간섭 무늬를 나타낸 사진으로 슬릿간격(d)이 증가함에 따라 간섭무늬가 다르게 나타남을 볼 수 있다.

도 21은 슬릿 폭(b)을 0.2㎜로 하고 슬릿간격(d)이 증가함에 따라 회절 및 간섭 무늬를 나타낸 사진으로 슬릿간격(d)이 증가함에 따라 간섭무늬가 다르게 나타남을 볼 수 있다.

아래 [표 6]은 사진에 나타난 무늬의 폭을 슬릿 폭과 슬릿간격에 따라 측정하여 나타낸 것으로 슬릿 폭이 좁을수록 간섭무늬의 폭이 커짐을 볼 수 있으며, 슬릿간격이 커질수록 무늬간격은 좁아진다. 즉, 간격은 파장( λ )과 길이(L)에 비례하고 슬릿간격(d)에 반비례한다.

[표 6] 슬릿폭과 슬릿간격에 따른 간섭무늬의 간격 (단위 ㎜)

구 분	d = 2b	d = 3b	d = 4b	d = 5b	d = 6b
	계 산	측 정	계 산	측 정	계 산	측 정	계 산	측 정	계 산	측 정
b =0.1	9.495	9.5	6.330	6.5	4.748	4.9	3.798	3.9	3.165	3.1
b =0.1	4.748	4.8	3.165	3.1	2.374	2.5	1.899	1.9	1.583	1.7

[표 7]과 [표 8]은 이중슬릿에 간섭무늬를 광도계로 측정한 결과표로, 슬릿폭이 0.1㎜와 0.2㎜에서 d = 2b, 3b, 4b, 5b, 6b에 2회씩 강도를 측정하여 평균값을 나타낸 것으로, 이 값 중에서 가장 큰 값인 0.1㎜, d = 2b 경우의 평균값 295.0㎽를 기준(100)으로 해서 다른 값들을 백분율로 상대적인 강도를 나타낸 것이다.

[표 7] b=0.1㎜일 때의 이중슬릿의 간섭무늬를 광도계로 측정한 값. (단위㎽)

구 분	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
d=2b	측정치	178.1	49.5	0	2.4	4.1	1.5	0.7	1.1	0.4	.	.	.	.	.	.	.	.	.
		178.0	49.3	0	2.4	4.0	1.7	0.7	1.1	0.4	.	.	.	.	.	.	.	.	.
	평 균	178.0	49.4	0	2.4	4.1	1.6	0.8	1.1	0.4	.	.	.	.	.	.	.	.	.
	강도	60.34	16.75	0	0.81	1.39	0.54	0.27	0.37	0.14	.	.	.	.	.	.	.	.	.
d=3b	측정치	160.6	89.2	14.0	0	2.4	5.1	0	1.5	1.7	.	.	.	.	.	.	.	.	.
		160.7	89.3	14.0	0	2.4	5.0	0	1.5	1.6	.	.	.	.	.	.	.	.	.
	평 균	160.7	89.3	14.0	0	2.4	5.1	0	1.5	1.7	.	.	.	.	.	.	.	.	.
	강 도	54.47	30.27	4.75	0	0.81	1.73	0	0.51	0.58	.	.	.	.	.	.	.	.	.
d=4b	측정치	123.8	66.1	32.5	6.5	0	2.3	3.2	0.7	0	0.8	1.7	1.0	.	.	.	.	.	.
		123.7	66.0	32.6	6.6	0	2.3	3.3	0.6	0	0.8	1.8	1.0	.	.	.	.	.	.
	평 균	123.8	66.1	32.6	6.6	0	2.3	3.3	0.7	0	0.8	1.8	1.0	.	.	.	.	.	.
	강 도	41.97	22.41	11.05	2.24	0	0.78	1.12	0.24	0	0.27	0.61	0.34	.	.	.	.	.	.
d=5b	측정치	55.0	43.3	24.0	9.7	1.2	0	0.7	1.5	1.9	0.7	0	0.4	0.8	0.8	0.3	.	.	.
		55.1	43.2	24.1	9.6	1.2	0	0.7	1.4	2.0	0.7	0	0.4	0.7	0.8	0.3	.	.	.
	평 균	55.1	43.3	24.1	9.7	1.2	0	0.7	1.5	2.0	0.7	0	0.4	0.8	0.8	0.3	.	.	.
	강 도	18.68	14.68	8.17	3.29	0.41	0	0.24	0.51	0.68	0.24	0	0.14	0.27	0.27	0.10	.	.	.
d=6b	측정치	34.1	25.9	16.2	9.1	3.8	0.9	0	1.0	1.1	1.3	0.4	0.2	0	0.4	0.6	0.3	0.2	0.1
		34.2	26.0	16.1	9.0	3.8	1.1	0	1.0	1.0	1.3	0.4	0.2	0	0.4	0.6	0.3	0.2	0.1
	평 균	34.2	26.0	16.2	9.0	3.8	1.0	0	1.0	1.1	1.3	0.4	0.2	0	0.4	0.6	0.3	0.2	0.1
	강 도	11.59	8.81	5.49	3.05	1.29	0.34	0	0.34	0.37	0.44	0.14	0.07	0	0.14	0.20	0.10	0.07	0.03

[표 8] b=0.2㎜일 때의 이중슬릿의 간섭무늬를 광도계로 측정한 값. (단위㎽)

구 분	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
d=2b	측정치	295.0	142.0	0	1.1	5.5	1.4	0.5	5.1	0.8	.	.	.	.	.	.	.	.	.
		295.0	142.0	0	1.1	5.4	1.4	0.5	5.0	0.8	.	.	.	.	.	.	.	.	.
	평 균	295.0	142.0	0	1.1	5.5	1.4	0.5	5.1	0.8	.	.	.	.	.	.	.	.	.
	강 도	100	48.14	0	0.62	1.85	0.48	0.17	1.71	0.27	.	.	.	.	.	.	.	.	.
d=3b	측정치	220.0	158.0	56.8	0	7.9	6.4	0	2.8	2.2	.	.	.	.	.	.	.	.	.
		219.9	158.0	56.9	0	7.9	6.5	0	2.8	2.2	.	.	.	.	.	.	.	.	.
	평 균	220.0	158.0	56.9	0	7.9	6.5	0	2.8	2.2	.	.	.	.	.	.	.	.	.
	강 도	74.58	53.56	19.29	0	2.68	2.20	0	0.95	0.75	.	.	.	.	.	.	.	.	.
d=4b	측정치	75.5	49.3	31.1	9.8	0	3.0	3.5	1.5	0	1.0	0.8	0.6	.	.	.	.	.	.
		75.4	49.2	31.0	9.8	0	2.9	3.5	1.5	0	1.0	0.8	0.6	.	.	.	.	.	.
	평 균	75.5	49.3	31.1	9.8	0	3.0	3.5	1.5	0	1.0	0.8	0.6	.	.	.	.	.	.
	강 도	25.59	16.71	10.54	3.32	0	1.02	1.19	0.51	0	0.34	0.27	0.20	.	.	.	.	.	.
d=5b	측정치	22.6	16.5	10.7	7.5	2.5	0	0.8	1.0	0.8	0.5	0	0.3	0.3	0.2	0.2	.	.	.
		22.6	16.6	10.5	7.5	2.4	0	0.9	1.0	0.8	0.5	0	0.3	0.2	0.3	0.2	.	.	.
	평 균	22.6	16.6	10.7	7.5	2.5	0	0.9	1.0	0.8	0.5	0	0.3	0.3	0.3	0.2	.	.	.
	강 도	7.66	5.62	3.63	2.54	0.85	0	0.31	0.34	0.27	0.17	0	0.1	0.1	0.1	0.07	.	.	.
d=6b	측정치	10.3	9.1	7.3	3.8	0.7	0.5	0	0.6	0.5	0.4	0.2	0.2	0	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
		10.4	9.1	7.3	3.7	0.6	0.5	0	0.6	0.5	0.4	0.2	0.2	0	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
	평 균	10.4	9.1	7.3	3.8	0.7	0.5	0	0.6	0.5	0.4	0.2	0.2	0	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
	강 도	3.53	3.08	2.47	1.29	0.24	0.17	0	0.20	0.17	0.14	0.07	0.07	0	0.07	0.07	0.07	0.07	0.07

도 22 내지 도 26은 이중슬릿의 폭(b)을 0.1㎜로 하여 측정한 결과에 따른 프라운호퍼 회절 및 간섭무늬의 강도 분포 곡선 그래프로, 도 22는 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=2b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이며, 도 23은 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=3b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이며, 도 24는 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=4b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이며, 도 25는 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=5b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이며, 도 26은 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=6b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이다.

도 27 내지 도 31은 이중슬릿의 폭(b)을 0.2㎜로 하여 측정한 결과에 따른 프라운호퍼 회절 및 간섭무늬의 강도 분포 곡선 그래프로, 도 27은 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=2b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이며, 도 28은 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=3b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이며, 도 29는 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=4b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이며, 도 30은 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=5b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이며, 도 31은 이중슬릿의 간격(d)이 2b(d=6b) 인 경우의 강도 분포곡선 그래프이다.

이중슬릿에 의한 회절과 간섭무늬는 스크린 상에 5차 이상까지 선명하게 나타났으나 광도계의 한계성과 사진으로 촬영 시 중앙에 비해 강도가 너무 약한 어려운 점으로 인하여 3차 정도까지만 측정하여 결과를 분석하였다.

세로축은 각각의 간섭무늬에 의한 강도이며 가로축은 사진에 나타난 각각의 무늬 중앙에 광도계의 감지판 위치를 sin θ 로 나타낸 것이며, 그래프의 큰 값을 갖는 곳이 중앙점이다.

이 중앙점에서 그래프는 완전 대칭이며 슬릿 폭이 0.1㎜에서 0.2㎜로 두 배 커짐에 따라 회절무늬의 폭은 b=2d의 경우에 측정치가 9.5㎜에서 4.8㎜로 거의 반으로 줄어 듬을 알 수 있다.

또한, 이중슬릿의 폭이 도 26, 도 31에서 보는 바와 같이 슬릿간격(d)이 커짐에 따라 강도분포는 작아짐을 알 수 있다.

또한, 각각의 그래프를 보면 실선은 간섭상이고 점선은 회절상을 나타내며 극대와 극소가 되는 차수가 (식 11)과 (식 12)에 잘 일치하여 (식 13)과 같이 사라진 차수(missing order)가 d = 2b에서 2, 4, 6, .... , d = 3b에서는 3, 6, 9, .... , d = 4b는 4, 8, .... , d = 5b는 5, 10, .... , 이며 마지막으로 d = 6b는 6, 12, .... , 가 나타나 이론과 일치함을 알 수 있다.

또한, 도면 32는 단일슬릿(b=0.1㎜)과 이중슬릿(b=0.1㎜, d=2b)의 회절무늬를 비교한 사진으로, 단일슬릿은 회절만 일어나고, 이중슬릿은 회절과 간섭현상이 동시에 일어나고 있음을 알 수 있다.

즉, 똑같은 슬릿의 폭을 사용할 때 회절무늬를 보면 일치하고 간섭현상만 이중슬릿으로 나타남을 알 수 있다.

이상과 같이 본 고안은 인쇄용 재판필름에 의해 슬릿의 폭과 간격이 일정하고 흑화현상이 이루어지는 정확한(고 정밀도) 슬릿을 제작하여 회절 및 간섭무늬의 위치와 강도를 정확히 알아 볼 수 있으며, 슬릿의 폭과 간격 및 일정한 조합에 의해 나타나는 현상을 통하여 정교하고 정밀한 실험을 할 수 있어서 실험자의 흥미를 불러일으키는 효과가 있다.

또한, 빛의 강도분포가 이론과 어떻게 일치하는지 비교 분석하여 좀 더 나은 실험키트를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 백열등, 나트륨등, 수은등과 같은 광원 대신 수 십㎽의 연속 레이저(He-Ne 레이저, 반도체 레이저)로 실험함으로써 정교하면서 정확한 파동광학 실험을 할 수 있는 효과가 있다.

특히, 단일슬릿(single slit), 이중슬릿(double slit), 다중슬릿(grating) 등의 실험용 슬릿이 인쇄필름에 의해 매끄럽고 정교하게 제작되고 슬릿 이외의 부분들이 레이저 광원을 완전히 차단시킬 수 있는 흑화현상이 이루어져 빛의 완벽한 간섭현상과 회절현상이 일어나는 효과가 있다.

또한, 정교한 제작에 의해 슬릿의 잡티현상(speckle)이 없어지므로 회절 및 간섭무늬를 뚜렷하게 관찰할 수 있으며, 이중 슬릿에서 사라진 차수(missing order)가 뚜렷해 간섭효과를 극대화 할 수 있어서 아주 효율적인 파동광학 실험용 키트가 될 수 있으며 아울러 빛의 회절과 간섭현상을 정확히 이해하는데 아주 효과적인 등의 효과가 있는 매우 유용한 고안이다.

Claims (3)

1. (정정) 파동광학 실험용 슬릿에 있어서, 일러스트 프로그램으로 선이나 원으로 파동광학 실험용 슬릿모양을 그리는 컴퓨터 시스템과, 컴퓨터 시스템으로부터 출력되는 슬릿을 빛이 통과하지 않는 암실용 출력기에 인쇄필름을 넣고 레이저 광선으로 적당시간 노출시켜 포지티브 상태로 슬릿필름을 출력하는 출력기와, 출력기로부터 출력되는 포지티브 상태의 슬릿필름으로 적외선 빔을 조사시켜 네가티브 상태의 정교한 슬릿필름으로 만드는 그레이 스케일의 적외선 램프로 구성하여서 된 파동광학 실험용 슬릿.
2. (정정) 제 1 항에 있어서, 출력기의 축소비율을 조정하여 원하는 크기의 슬릿을 만들도록 함을 특징으로 하는 정밀도를 향상시킨 파동광학 실험용 슬릿.
3. (삭제)