실험 2. 입사각과 반사율 1. 실험목적 입사광의 두 가지 편광조건에 대하여 빛의 입사각에 따르는 반사율을 측정하여 프레넬방정식에 맞추고, 물질의 굴절률을 결정하고 편광각을 구한다. 2. 이론 그림 1. TE모드 : 전기장의 편광이 입사면에 직각 그림 2. TM모드 : 자기장의 편광이 입사면에 직각 전기장과 자기장의 관계는 × (1) 이다. 1) TE(Transverse Electric)모드 그림 1에서 E의 접선성분이 연속이라는 경계치조건을 적용하면 이다. 그림 1에서 H의 접선성분이 연속이라는 조건에서 (2) cos cos cos (3) 이다. 식(2)에서 ≃ ≃ ≃ 이므로 cos cos cos (4) 가 된다. 식(3)에서 식(1)을 적용하면 cos cos cos (5) 굴절률은 이므로, 식(4)는 cos cos (6) 가 된다. 식(1)과 식(6)으로부터 반사계수는 cos sin cos cos ⊥ (7) 으로 주어진다. 반사율 R은 ⊥ ⊥ 로 주어진다. sin cos (8) 2) TM(Transverse Magnetic)모드 그림 2에서 H와 E의 접선성분의 연속조건에서 (9) cos cos cos (10) 식(9)와 식(10)에서 cos cos (11) 이므로 TM모드에서 반사계수 ║ 는 cos tan cos sin ║ cos tan cos sin (12) 로 주어진다. 반사율은 ║ ║ 이 된다. 특별조건 cos sin cos sin (13) 1. , ⊥ ║ 2. , ⊥ ║ 3. TM모드에서 일 때에, cos tan ║ 가 되므로 반사광의 cos tan 편광은 입사면에 직각인 성분만 가지게 된다. 입시각과 굴절각의 합이 직각인 조건에서, 굴절법칙에 따라서 sin sin cos 이므로 tan 이다. : Brewster angle 3. 실험방법 A. TE모드에서 측정 (1) LD를 바로 세우면 수직이 편광방향이 되므로 입사광의 편광이 입사면에 직각이 되도록 한다. (2) 5도 간격으로 입사광과 반시광을 측정하여 표를 만들고 반사율을 구한다. B. TM모드에서 측정 (3) LD를 옆으로 뉘면 수평이 편광방향이 되므로 입사광의 편광이 입사면에 평행이 되도록 한다. (4) 5도 간격으로 입사광과 반시광을 측정하여 표를 만들고 반사율을 구한다. (5) Brewster 각 부근에서는 촘촘히 측정한다. C. 그래프 그리기와 피팅하기 (6) (2)와 (4)의 과정에서 구한 값을 오리진을 사용하여 그래프를 그린다. (7) 그래프에서 측정점은 symbol로 나타내고 이론곡선은 실선으로 나타낸다. (8) TE모드는 식(8)을 TM모드는 식(13)를 이용하여 피팅하여 물질의 굴절률을 구한다. (9) TM모드에서 편광각을 구한다.