(A+) 광학실험 실험보고서 - 프레넬 반사

1.실험 목적
편광의 종류인 TM, TE mode에 대해 이해한다.
TM, TE mode에서 입사각에 따른 반사율을 측정한다.
Brewster 각에 대해 이해한다.

2.실험 원리
TE 편광, TM 편광

<그림 1>, 계면에서의 TE 편광과 TM 편광.

편광은 전기장 E를 기준으로 나타내는데, <그림 1>의 좌측은 전기장 E가 입사 평면에 수직인 TE mode, 우측은 전기장 E가 입사 평면에 수평인 TM mode를 나타낸다. TE mode는 s-편광, 또는 수직편광이라고도 하며 TM 모드는 p-편광, 또는 수평편광이라고도 칭한다.

프레넬 계수, 반사율과 투과율

빛이 굴절률이 다른 두 매질 속을 진행할 때, 두 매질의 경계면에서 반사왿� 굴절이 동시에 일어난다. 이 때, 반사계수 r과 투과계수 t로 나누어 성분을 분석하여 표현한 방정식이 프레넬 방정식이며, 경계조건을 대입하여 구한 반사계수 r, 투과계수 t를 프레넬 계수라 한다.

r_⊥=(n_1 cos⁡〖θ_i 〗-n_2 cos⁡〖θ_t 〗)/(n_1 cos⁡〖θ_i 〗+〖n_2 cos〗⁡〖θ_t 〗 ) I_⊥
t_⊥=(2n_1 cos⁡〖θ_i 〗)/(n_1 cos⁡〖θ_i 〗+〖n_2 cos〗⁡〖θ_t 〗 ) I_⊥
r_‖=(n_2 cos⁡〖θ_i 〗-n_1 cos⁡〖θ_t 〗)/(n_1 cos⁡〖θ_i 〗+〖n_2 cos〗⁡〖θ_t 〗 ) I_‖
t_‖=(2n_1 cos⁡〖θ_i 〗)/(n_1 cos⁡〖θ_t 〗+〖n_2 cos〗⁡〖θ_i 〗 ) I_‖

에서, 프레넬 계수를 이용하여 반사율 R과 투과율 T를 정의할 수 있다.

R=rr^*=|r|^2
T=[n cos⁡〖θ_t 〗/cos⁡〖θ_i 〗 ]tt^*=[n cos⁡〖θ_t 〗/cos⁡〖θ_i 〗 ] |t|^2
R+T=1

빛의 입사각에 따른 반사계수왿� 반사율
빛이 소한 매질에서 밀한 매질로 진행할 때