[물리학실험 레포트 보고서] 빛의 속도 측정

10강 광섬유를 이용한 빛의 속도 측정

1) 실험 목적

광섬유의 원리를 이해하고, 광섬유를 이용하여 빛의 속도를 측정한다.

2) 이론

(1) 빛의 굴절

서로 다른 매질의 경계면에서 빛은 진행 방향이 바뀌어 직진하는데 이러한 현상을 빛의 굴절(refraction)이라고 한다. 빛이 굴절되는 이유는 매질에 따라 빛의 전파 속도가 달라지기 때문이다. 굴절률(indes of refraction) n은 어떤 매질에서의 빛의 속도 v에 대한 진공 상태에서의 빛의 속도 c의 비로 정의된다.
여기서 이다.
만약 빛이 동안 굴절률이 n이고 길이가 l인 매질을 통과하였다면, 식(1)은 다음으로 주어진다.
(1)

(2) Snell의 법칙과 내부 전반사

그림 1과 같이 빛이 굴절률이 인 매질에서 굴절률이 인 매질로 입사할 때, 매질의 경계면에서 빛의 일부는 굴절되어 직진하고, 일부는 반사된다. 굴절된 빛에 대해 Snell의 법칙은 다음과 같다.
여기서 은 빛의 입사각이고, 는 굴절각이다.
Snell의 법칙에 의하여 빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 입사하는 경우, 그림 2와 같이 굴절된 빛은 법선에서 먼 쪽…(생략)

(3) 광섬유

3) 실험 기구

4)실험 방법

① 그림 8과 같이 장치를 구성하고, A-D 변환장치의 전원을 켜고 컴퓨터와 연결한다. A-D 변환장치는 2개의 채널(A,B)로 구성되어 있다.

② 빛의 속도 측정 장치의 TRANBSMITTER 작동부에 전원을 연결하고 DI에 신호를 확인하자. A-D 변환장치의 채널 A를 BNC 케이블을 이용하여 TRANBSMITTER 작동부의 Reference 측정 단자와 GND에 연결한다. 컴퓨터 모니터로 Reference 펄스 파형을 확인하자.

③ A-D 변환장치의 채널 B를 BNC 케이블을 이용하여 RECEIVER 작동부의 D디묘 측정 단자와 GND에 연결한다. 길이가 10~15cm인 짧은 광섬유를 D1, D2에 연결하고 컴퓨터 모니터로 Reference 펄스 파형과 D디묘 펄스 파형을 관찰하자(그림 9 참조).

④ TRANBSMITTER 작동부의 오른쪽 하단에 위치한 Calibrati의 피크가 일치하도록 한다. 컴퓨터 모니터로 을 관찰하고 기록하자. Reference 펄스 파형과 Delay 펄스 파형을 관찰하고 기록하자.

⑤ 짧은 광섬유를 제거하고 길이가