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특징
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구성품
실험 이론
패러데이 효과 소개
패러데이 효과는 강한 자기장 내에 투명 물질을 넣었을 때 광회전성이 나타나는 현상을 말한다. 여기서 말하는 광회전성이란 선편광이 편광면에서 회전하는 것을 말한다.
패러데이 효과 원리
코일에 전류(I)를 흐르게 하면 코일 내에는 일정한 자기장(B)이 형성된다. 투명한 매질을 자기장 내에 놓고 선평광의 빛을 그 자기장 방향으로 내보내면 θ만큼 회전한다.
Tip. 선편광이란 전기장과 자기장이 같은 방향으로 진동하는 경우를 말한다.
이때 회전각(θ)은 자기장의 세기(B)와 빛이 지나가는 투명한 매질의 길이(l)에 따라 다음과 같은 관계식이 성립한다.
θ=B∙l∙V
*V:Verdet constant
원자 내의 전자들은 자기장 내에서 운동을 할 때 자기장에 영향을 받는다. 자기장의 효과로 진동 입자들은 추가적으로 세차운동을 한다. 이 세차운동은 라머세차운동(Larmor precession)이라고 부르며 세차 진동수는 다음과 같이 라머진동수(ω_L)로 표현할 수 있다.
ω_L=e/m∙B
*e: 진동입자들의 전하랑
*m: 진동입자들의 질량
*B: 자기장의 세기
편광의 σ_+와 σ_-의 성분들은 세차운동하는 전하들에 대하여 각각 ω+ω_L, ω-ω_L의 진동수를 갖는다. 또한 굴절률은 n_+, n_-이며 위상속도도 v_+, v_-로 각각 다르다. 이것을 광활성이라고 한다.
편광면의 회전각(θ)은 빛이 지나간 투명한 매질의 길이(l)에 의존하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
θ=(ω(n_+-n_-))/2c∙l
*c: 빛의 속도
*ω: 빛의 진동수
만일 굴절률 n(λ)가 파장(λ)의 함수로 알려져 있다면 베르데 상수(Verdet’s constant: V)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
V=eλ/(2mc^2 ) dn/dλ
페러데이 효과 실험을 통해 외부 자기장과 회전각의 관계, 빛의 파장에 따른 베르데 상수의 변화 등을 확인할 수 있다.
실험 그래프
Fig1. Verdet constant는 파장의 함수로서 상수