마이크로파 실험

소개글

1. 목적
광학에서 다루는 빛은 좁은 의미에서 대략 0.4μm~0.78μm 영역의 파장을 갖는 가시광 영역의 전자기파를 의미한다. 이 보다 긴 파장을 갖는 전자기파는 적외선 (0.78μm~1mm), 마이크로파(1mm~30cm),라디오파(30cm이상) 등으로 부른다. 하지만 이들은 모두 전자기파이기 때문에 근본적으로 가시광과 동일한 파동적 성질을 가지도 있다. 한편 빛의 파동성에 기인하는 광학적 현상, 즉 반사, 굴절, 간섭, 회절등은 광학계의 크기가 파장과 비슷한 정도일 때 두드러지게 나타나므로, 본 실험에서와 같이 Gunn Diode에서 발생하는 파장 2.85cm의 마이크로파를 사용하면, 작고 정교한 광학계를 사용하지 않고 충분히 큰 광학계로도 손쉽게 실험할 수 있는 장점이 있다.
이 실험에서는 파장 2.85cm의 마이크로파를 사용하여 정상파에 의한 파장 측정, 프리즘을 통한 굴절, 편광에 관한 Malus의 법칙 등에 관한 실험을 할 수 있다.

목차

목적
기본 원리
실험 기구
실험 방법 및 결과 (총 7개 실험)
실험 토의
분석
고찰및 개선사항
참고문헌

본문내용

2. 기본원리
빛의 파동적인 현상을 잘 이해하기 위하여 는 빛(가시광선)보다 파장이 훨씬 길어 수 cm정도의 파장을 갖고 있는 마이크로파를 이용한다. 마이크로파도 빛과 마찬가지로 전자기파의 일종이기 때문에 빛이 가지고 있는 거의 대부분의 현상을 나타내는데, 파동으로서의 여러 성질들은 가시광선의 빛인 경우 파장이 작아서 보통의 경우에는 잘 나타나지 않는 반면 마이크로파의 경우에는 파장이 적당하여 실험실에서 그 효과를 쉽게 관측할 수 있다.
일반적으로 파동은 어떤 물리량이 주기적으로 변하면서 그 변화가 공간을 따라 전파되어 나가는 것을 말한다. 그 물리량이 기체의 압력일 때는 보통 소리라고 하는 음파가 되고, 평형위치에서 수면의 변위일 때는 수면파가 된다. 그 외에도 지진파, 줄의 진동 등이 있다. 보통 파동으로 되는 물리량은 서로 공간적으로 영향을 주고 받을 수 있어 유기적으로 연결되어 있어야 하고 또한 평형상태로 되돌아 가려고 하는 탄성이 있어야 한다. 자연현상에서는 여러 가지 종류의 파동이 있고, 그 전파모양이나 진동모양이 일정하지 않다. 그러나 어느 경우든지 파동이라 함은 물리량이 존재하고 있는 바탕으로 볼 수 있는 매질이 전파되어 나가는 것이 아니라, 그 매질의 성질이 전파되어 나가는 것이다.
전기장과 자기장의 경우도 한쪽의 변화가 다른 것을 변화시키고, 그 때문에 다시 자기 자신이 변화되어 결국에는 공간에서 파동형태로 전파되게 된다. 이를 전자기파라 한다. 이 파동은 특이하게 매질을 바탕으로 하여 전파되는 것이 아니라, 공간 그 자체를 바탕으로 하여 전파된다. 진공에서의 그 속도는 잘 알고 있는 대로 30만km/sec이다. 이 파의 파장에 따라 우리는 전파(장파, 중파, 초단파, 마이크로파 등), 빛(적외선, 가시광선, 자외선 등), X-선, γ-선 등 구분하여 부르는데 각각은 발생방법이 다르다.
그러나 이 모두는 전자기파로서의 공통적인 성질을 갖고 있다. 전파로서의 마이크로파는 파장이 극히 짧아서 많은 정보를 실어 보낼 수 있기 때문에 위성통신, 정보통신등의 분야에 널리 쓰인다. 뿐만 아니라 마이크로파는 금속에서 잘 반사되고, 유리, 공기, 종이 등 에서는 잘 투과되나 수분을 포함하는 음식물 등에서는 흡수되어 발열을 하므로 이를 이용하여 음식을 가열하는데 쓴다. 지금은 가정에서도 많이 볼 수 있는 마이크로파 오븐(전자렌지)이 바로 물에 가장 잘 흡수되는 2.45 GHz의 마이크로파를 이용한 조리기구이다. 보통 마이크로파를 발생시키는 데는 진공관, 마그네트론 등을 이용한다. 본 실험에서는 건 다이오드(gunn giode)라 하는 마이크로파 발진 다이오드를 써서 미약한 신호를 발진시켜 이를 이용한다.
레이저의 경우처럼 특수한 경우가 있지만 보통의 광원은 결이 잘 맞아 있지 못할 뿐더러 파장도 일정하지 못하여 간섭이 잘 일어나지 않는다. 그러나 전자 회로를 통하여 발진되는 전파는 일반적으로 파장도 일정하고 또한 결이 잘 맞아 있어서 쉽게 간섭이 일어난다. 본 실험에서는 파장이 수 cm인 마이크로파를 이용하므로 간섭도 그 정도의 공간적인 차이에서 생기기 때문에 쉽게 정상파도 만들 수 있고, 또 그 정도의 간격을 갖는 그물망에서 편광이 되기도 한다.

참고 자료

없음