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분광기를 이용한 스펙트럼 측정
회절격자에 의한 빛의 파장측정
1. 실험목적
빛이 입사될 때 격자 속에서는 파장에 따라 회절되는 각이 다르게 나타나는데 그 회절된 각을 측정하고, 그 각이 무엇을 의미하는지를 안다. 그런 후 기체들의 스펙트럼을 측정하여 가장 강한 빛의 스펙트럼의 파장을 구하여 본다.
2. 실험이론
가시광선은 300nm～700nm의 파장을 갖고 있고, 그 파장에 따라 우리는 색깔이 다른 것으로 받아들인다. 그러나 태양에서 나오는 빛처럼 여러 종류의 파장이 연속적으로 섞여 있는 경우도 있고, 네온사인이나 레이저에서 나오는 영롱한 빛처럼 몇 개의 불연속적인 단일 파장으로 구성되어 있는 빛도 있다. 후자의 경우, 파장에 대해 그 섞여 있는 정도를 스펙트럼(spectrum)이라고 한다. 스펙트럼을 측정하는 초보적인 방법은 프리즘으로 빛을 굴절시켜 보는 것이다. 유리의 굴절율이 파장에 따라 다르기 때문에 굴절된 빛은 색깔 별로 분리되는데 이 방법으로는 측정 정밀도(분해능이라 함)에 한계가 있다. 분해능을 높이기 위해서 회절격자를 이용하는데 이는 빛의 간섭현상을 이용한 것이다.
F
S
L1
C
G
S1
L2
S
L1
C
G
S1
L2
L3
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그림 1. 광원으로부터 나오는 스펙트럼을 관찰하는 데 사용되는 간단한 회절격자 분광기
회절격자는 동일한 폭을 가지는 여러 형태의 슬릿이 같은 간격을 가지고 배열되어 있는 것을 이야기한다. 1 인치의 너비에 12,000개의 『슬릿』이 분포되어 있는 전형적인 회절격자에 대한 간격 d는 25.4 mm/12,000, 즉 2100 nm가 된다. 파장을 측정하고 스펙트럼선의 구조와 세기를 알기 위하여 회절격자가 사용될 경우가 흔하다. 이 회절격자(평면유리로 만들어진)에 평행으로 입사한 빛들은 금이 그어진 곳에서는 흡수가 되거나 산란하여 버리고 금이 그어지지 않은 좁은 틈으로 들어오는 빛은 통과한다. 그러나 통과한 빛은 그대로 직진하지 않고 호이겐스 원리에…(생략)
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