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과학

단일 슬릿 회절

단일 슬릿 회절과학
영어
Single-slit diffraction
슬릿 폭
a
원거리 극소
a sinθ=mλ, m≠0
중앙 극대
θ=0을 중심으로 가장 넓고 밝음
단일 슬릿 회절은 하나의 좁은 틈 안의 여러 지점에서 나온 파동들이 간섭해 퍼지는 무늬를 만드는 현상이다. 균일하게 비춘 폭 a의 슬릿을 원거리에서 보면 어두운 방향은 a sinθ=mλ, m=±1,±2,…를 만족한다.

슬릿이 하나여도 간섭

두 개의 독립적인 틈이 있어야만 간섭하는 것은 아니다. 한 슬릿의 위아래 여러 지점에서 나온 파동도 서로 다른 거리를 지나 같은 관측점에 도달한다. 이 성분들의 위상차를 더하면 중앙의 넓은 극대와 양옆의 약한 무늬를 얻는다.

첫 어두운 무늬

첫 극소는 sinθ=λ/a다. 예를 들어 λ=500 nm, a=0.10 mm라면 작은 각에서 θ≈0.005 rad이다. 화면이 2 m 떨어져 있으면 중앙에서 첫 극소까지 약 10 mm이므로 중앙 극대의 전체 폭은 약 20 mm다.

폭을 줄이면 더 퍼짐

같은 파장에서 a를 줄이면 첫 극소 각도가 커져 무늬가 더 넓어진다. 틈이 좁아지면 단순히 더 가는 광선이 생긴다는 기하광학적 예상과 다르다. 다만 위의 원거리 식과 작은 각 화면 근사는 해당 조건에서만 쓸 수 있다.

이중 슬릿과의 구별

단일 슬릿에서 a sinθ=mλ는 어두운 무늬 조건이다. 이중 슬릿에서 슬릿 간격 d에 대한 d sinθ=mλ는 밝은 무늬 조건이므로 서로 바꾸어 대입하면 안 된다. 실제 두 슬릿의 폭이 유한하면 단일 슬릿의 회절 외피가 간섭 줄무늬의 밝기를 조절한다.

관련 문서

회절 / 간섭 / 이중 슬릿 간섭 / 파장 / 회절 격자 / 빛 / 사인 함수 / 레일리 기준