유도광학 효과

광탄성 모의실험

다음 프로그램은 광탄성으로 편광상태가 변하는 것을 관찰하고, 변화된 편광상태로부터 물질의 변형력을 알아내는 것을 보여주는 모의실험이다. 측정장치의 배치를 바꿀 수 있고, 또한 물질의 변형력 등 조건을 다양하게 조절할 수 있다.

프로그램 설명

1. 그림 부분을 마우스를 끌어 화면에 나타나는 시각을 변경해서 입체적인 전모를 파악할 수 있도록 되어 있다.

2. 주어진 상황에 대해 존스 행렬을 이용하여 연산을 수행하여 각 지점에서의 편광상태를 움직이는 그림으로 나타내고, 최종적으로 검광자를 통과하는 빛의 밝기를 최댓값에 대한 비율로 나타낸다.

3. 광탄성 측정장치의 배치는 오른쪽 아래의 '검광판 평행', '파장판 배치', '파장판 평행'의 체크박스로 다양하게 바꿀 수 있다.

4. '검광판 평행'을 선택하면 편광판과 검광판의 편광축이 평행으로 배치되고, 선택하지 않으면 수직으로 배치된다. 편광판의 편광축은 언제나 $x$방향이고, 검광판의 편광축은 선택에 따라 $x$와 $y$ 방향이 된다.

5. '파장판 배치'을 선택하면 편광판의 뒤와 검광판의 앞에 1/4파장판이 배치된다. 파장판은 빠른축을 붉은 색, 느린축을 푸른 색으로 나타내고 있으며, 편광판 뒤의 파장판은 느린축이 $x$ 축에서 $y$ 축으로 45° 기울여져 있다. 따라서 이때 물질에 입사하는 빛은 좌원편광이 된다. 이 경우 '파장판 평행' 체크박스를 선택하면 검광자 직전의 파장판의 빠른축과 느린축이 입사쪽 파장판과 같은 방향으로 배치되고, 선택치 않으면 90° 회전하여 배치된다.

6. 물질의 폭(두께)를 '두께 (mm)' 슬라이더로 변경하며, '회전각(도)'의 슬라이더로 물질의 주변형력의 방향을 회전시킨다. 이때 각도는 큰 값의 주변형력의 방향이 $x$에 대해 $y$ 방향으로 회전한 각이고, 이의 좌표를 $x', y', z$로 나타내고 있다.

7. 물질에 가해지는 변형력은 '변형력x''과 '변형력y''로 나타내며, 표되된 값은 MPa 단위이다.

8. 편광상태를 보다 잘 볼 수 있도록 움직이는 붉은 점으로 나타내고 있는 데 서로 상대적인 위상은 의미가 없고, 단지 타원의 형태와 이를 따라서 회전하는 방향만 의미가 있다.

광탄성의 원리 관찰

1. 처음에 주어진 조건은 물질 양쪽에 서로 직교하는 편광판을 설치한 배치이다. 이 상태에서 $z$ 방향으로 빛이 진행함에 따라 달라지는 편광상태를 관찰하자.

2. 처음 주어진 조건에서 '변형력x''의 슬라이더를 0 ~ 10 MPa로 변화시키면서 '출력광'이 변화되는 것을 그래프로 그려라. 이 결과를 앞(페이지)의 이론식과 비교해 보라.

3. 처음 주어진 조건에서 '파장' 슬라이더를 300 ~ 800 nm로 변화시키면서 '출력광'이 변화되는 것을 그래프로 그려라. 이 결과를 앞의 이론식과 비교해 보라.

4. 처음 주어진 조건에서 '회전각도' 슬라이더로 광탄성체의 각도를 -90 ~ 90° 회전하여 역시 '출력광'의 변화를 살펴보고, 이를 앞의 이론식과 비교하라.

5. '검광판 평행'을 선택하고 앞서와 같은 실험을 거듭해 보라.

6. '파장판 배치'를 선택하면 원편광기로 작동하게 된다. 이에 대해서도 앞의 절차대로 '변형력x''와 '파장'의 슬라이더로 '출력광'을 측정해서 이론과 비교하라.

7. '파장판 배치'를 선택하였을 때 '회전각도' 슬라이더를 -90 ~ 90°의 범위에서 변경시키고, 이 결과가 무엇을 뜻하는지 논의하라.

_ 1/4파장판_ 존스 행렬_ 편광상태_ 느린축_ 빠른축_ 검광판_ 편광판_ 편광축_ 위상