단일슬릿 회절

단일슬릿 회절의 모의실험

아래 그림은 단일슬릿 회절을 위상자법으로 계산하는 방법을 보여준다.

1. 스크린의 각 지점에 도달하는 여러 갈래의 빛을 위상자로 합성하여 진폭과 밝기를 구한다.

2. 슬릿을 같은 간격으로 분할한 빛 줄기들의 진폭은 동일하므로 인접한 빛의 경로차이를 계산하여 위상차를 알아낸 후, 분할한 모든 빛에 대하여 합성한다.

3. 아래 그림에서 "Calculate" 버튼을 눌러서 계산하는 양식을 이해하도록 하자.

4. 화면에서 색으로 표시한 부분은 마우스로 누르거나 끌어서 상황을 변경할 수 있다. 먼저 스크린을 움직여서 간섭무늬의 변화를 관찰해보자.

5. 슬릿의 열린 폭(b)를 변경시켜 간섭무늬의 변화를 관찰해보자.

6. 파장을 변화시켜서 간섭무늬의 변화를 관찰해보자.

7. 분할 수를 변화시켜서 그 결과를 비교해보자. 분할 수가 적으면 회절무늬에서 벗어나 이중슬릿, 삼중슬릿 등에서의 간섭무늬를 나타내게 될 것이다.

8. 슬릿은 실제로 엄밀한 계산을 위해서는 분할 개수를 무한 대로 해야 한다. 이 경우는 길이가 거의 0인 위상자가 연속적으로 꼬부라 들어 완전하게 원호를 이루게 되고, 이때 원호를 직선으로 이어준 선이 합성파의 진폭을 나타낼 것이다. 이러한 방법으로 회절무늬의 공식을 유도해보자.

9. 스크린 오른쪽의 회절무늬는 최고 피크에서의 값이 너무 높아 나머지 피크들이 상대적으로 어둡게 나온다. 마치 필름에 노출할 때 어두운 무늬를 잘 볼 수 있도록 노출을 의도적으로 과다하게 하는 것 처럼 충분히 밝게 표시하였다. 따라서 색상이 흰색으로 바뀌는 부분은 빛이 강해서 노출 과다된 부분이다.

생각해 볼 점

1. Young의 이중슬릿 간섭무늬와 단일슬릿 회절무늬 형태의 대표적인 차이점들을 생각해 보자

2. 단일슬릿 회절에서 극소점의 조건을 식으로 구성해 보자.

3. 위상자법을 슬릿의 폭을 무시할 수 없는 두 슬릿의 회절에 적용시켜 회절무늬가 어떻게 형성될 지를 정성적으로 알아보자.

_ 이중슬릿 간섭_ 간섭무늬_ 위상자_ 진폭