[물리실험] Microwave Optics (마이크로파 광학실험)

[물리실험] Microwave Optics (마이크로파 광학실험)

 

 

 

[실험1] 실험 소개

<표 1.1>

R(cm)	Meter Reading	M X R	M X R2
40	1.00	40	1600
50	0.78	39	1950
60	0.61	36.6	2196
70	0.44	30.8	2156
80	0.30	24	1920
90	0.22	19.8	1782
100	0.18	18	1800

<표 1.2>

Angle of Reciver	Meter Reading	Angle of Reciver	Meter Reading	Angle of Reciver	Meter Reading
0	0	70	0.08	140	0
10	0	80	0.68	150	0
20	0	90	1.00	160	0
30	0	100	0.70	170	0
40	0	110	0.14	180	0
50	0	120	0
60	0	130	0

 

[실험2] Microwave 반사

<표 2.1>

입사각	반사각
30	25 ~ 28
50	51 ~ 53
70	68
90	측정불가

 

• 결과 해석 및 토의

- 이 실험의 데이터를 분석해보면 전류가 최대가 되는 지점은 반사각이 입사각과 거의 같은 각도라는 것을 알 수 있다. 이는 우리가 이미 익숙히 알고 있는 반사의 법칙을 마이크로파도 잘 따른다는 것을 볼 수 있다. 이는 가시적인 빛 뿐만 아니라 눈에 보이지 않는 전자기파도 그 법칙을 잘 따른다는 것을 확인함으로써 법칙의 일반성을 확인할 수 있다. 단 아쉬운 점이 있다면 각도기와 자의 눈금이 정확히 일치하지 않아 실험값의 오차가 커졌다는 것이다. 눈금이 벗어난 정도를 보정하면 위의 측정값은 입사각과 반사각이 거의 같다는 것을 보여주게 된다.

[실험3] Microwave 파장 측정

 

• 결과 해석 및 토의

-송신기 위치 78.2cm 일때 최대이고 다음 전류의 최대값은 79.6cm에서 지닌다.
송신기 위치 24.7cm 일 때 최대이고 다음 전류의 최대값은 81.0cm이다. 전류의 최대값은 0.4mA에 맞추었다. 최대값과 최대값 사이의 거리는 1.3cm와 1.2cm로 이 값은 반파장에 해당한다. 따라서 파장은 이 값들의 2배가 된다. 이 실험에서는 정상파의 특징을 이용하여 마이크로파의 파장을 측정하는 것으로 위의 결과값을 해석하면 약 2.5cm정도의 파장을 지닌 것으로 측정된다. 실제기기의 사양에 나와 있는 마이크로파의 파장은 2.8cm로 유사한 값을 가진다는 것을 알 수 있다.

[실험4] Microwave 편광

<표 4.1>

angle. of reciver	meter reading	angle of reciver	meter reading
0	1.0	100	0.02
10	0.98	110	0.14
20	0.92	120	0.32
30	0.82	130	0.5
40	0.7	140	0.66
50	0.54	150	0.8
60	0.34	160	0.88
70	0.14	170	0.95
80	0.03	180	1
90	0

 

Angle of Polarizer	Meter reading
0	0.6
22.5	0.38
45	0
67.5	0
90	0

Angle of Slits	Meter reading
Horizontal	0.6
Vertical	0.38
45	0

Angle of Polarizer	Meter reading
0	0.6
22.5	0.38
45	0
67.5	0
90	0

Angle of Slits	Meter reading
Horizontal	0.6
Vertical	0.38
45	0

 

• 결과 해석 및 토의

- angle of receiver 는 편광판이 없는 상태에서 수신기를 돌린 각이고 angle of polarizer는 송신기와 수신기를 그대로 두고 편광판만 돌렸을 때의 각이고 angle of slits은 송신기와 편광판을 그대로 두고 수신기만 돌렸을 때의 각이다. 전류를 측정했을 때 수신기와 송신기가 90일 때 전류는 0이 된 것으로 보아 송신기가 내보내는 마이크로파는 선형편광된 파임을 알 수 있다. 그리고 가운데에 편광판을 돌렸을 때 전류의 세기가 약해지는 것으로 보아서도 송신기가 내보내는 파가 선형편광된 파임을 알 수 있다.편광판이 편광작용을 하는 동시에 어느 정도의 반사판의 역할을 하기도 해서 예상한 측정값과 오차가 생겼다.

[실험5] 이중슬릿의 간섭

<표 5.1>

Angle	Meter Reading	Angle	Meter Reading
0	1.0	45	0.05
5	0.9	50	0
10	0.54	55	0
15	0.1	60	0
20	0.34	65	0
25	0.74	70	0
30	0.78	78	0
35	0.54	80	0
40	0.36	85	0

 

• 결과 해석 및 토의

- 이 실험은 이중슬릿에 의한 간섭 실험이다. 이론적으로 dsinθ = nλ라는 식을 통해서 슬릿의 틈사이 간격 d와 전류가 최대가 되는 각 θ를 알 수 있으므로 관계식을 통해서 마이크로파의 λ를 구할 수 있다. λ를 구해보면 d가 5cm 이고 실험결과를 표를 통해보면 최대가 되는 각이 30임을 알 수 있다. sin30 = 0.5 이고 여기에 5cm를 곱하면 마이크로파의 파장은 2.5cm 정도가 됨을 측정할 수 있다. 이는 실험의 여러 가지 변수에도 불구하고 상당히 정확한 값이다.

[실험6] Brewster각 측정

<표 6.1>

Angle	Mter Reading Horizontal Polarization	Meter Reading Vertical Polarization
20	0.4	0.07
25	0.38	0.05
30	1.2	0.04
35	1.56	0.03
40	1.8	0.02
45	2.28	0
50	4	0
55	1.98	0
60	0.28	0
65	0.38	0
70	0	0
75	0.04	0

 

• 결과 해석 및 토의

- 본래 백색광이 들어가면 어떤 각(브루스터 각이라고 일컬어지는 각)에서 100% 편광된 각이 반사된다. 우리 실험에서는 편광된 빛이 들어갔으므로 완전 편광되거나 완전 굴절되거나 두가지 중 한가지 현상이 일어날 것이라고 생각했고 실제로도 45에서 horizontal polarization은 최대값을 가지는 동시에 Vertical polarization은 최소값을 가진다. 우리는 이 실험을 통해서 브루스터 각을 실제로도 실험을 통해서 측정할 수 있었고 편광된 마이크로파의 실제로도 확인할 수 있었다.


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