복굴절

 

 

 

목  적 : 빛의 속도가 편광 방향에 따라 달라서 생기는 복굴절의 원리를 안다.

 

준비물 : 방해석, 글자판, 편광판 1장.

 

 방  법

  글자판 위에 방해석을 올려놓고 글씨를 보면 어떻게 보이는가? 왜 그럴까? 편광판을 돌리면서 글씨를 보면 어떻게 보일까?

 

 결  과 :

  방해석으로 글씨를 보면 글씨가 이중으로 보인다. 이것을 편광판을 통해 보면 90°회전시킬 때마다 한쪽 글씨가 보였다 다른 쪽 글씨가 보였다 하는 것으로 보아, 두 글씨는 서로 90°로 진동면이 다른 편광임을 알 수 있다.

 

 원  리

      물질 속에서 빛이 전파될 때 빛의 전기장과 물질 속의 전자가 상호작용을 하게된다. 한 지점에서의 빛의 전기장은 진동을 하므로 전자도 덩달아서 같은 진동수로 진동을 하여 이것이 새로운 전기장의 진동을 유발한다. 무수히 많은 원자, 분자의 전자가 내는 빛과 원래의 빛이 합성되어 물질 속에서는 새로운 속도, 새로운 진폭으로 빛이 전파되는 것이다.  따라서 물질 속을 진행하는 빛의 속도 등의 특성은 물질 속에 있는 전자의 결합상태에 따라 달라진다. 만일 그 물질이 결정을 이루고 있으면서, 그 결정이 대칭의 모양을 하고 있지 않다면 빛의 진행방향, 편광상태에 따라 전파속도가 다를 것이다. 이러한 물질을 복굴절체라 한다.  그림은 복굴절 물질중 결정이 하나의 회전대칭축 (광축)이 있어 그 방향에 수직한 편광상태의 빛이 동일한 속도를 가지고 있는 단축성 복굴절체에 빛이 입사하는 경우를 보여주고 있다. 그림에서 편광상태에 따라서 진행속도가 달라 두 방향으로 굴절되는 빛의 경로와 편광상태를 보여주고 있다. 여기서 정상적인 굴절의 법칙을 따르는 빛을 정상광선 (ordinary ray), 비 정상적인 굴절을 하는 빛을 이상광선 (extraodinary ray)라 한다. 이러한 단축성 복굴절체의 대표적인 것으로 방해석을 들 수 있다.