삼각프리즘..

[풍덩]

프리즘과 분광기에 대해서

 
 

분광기와 프리즘의 구별을 하자면...프리즘의 종류에 분광프리즘이 있는데 이것을 이용해서 분광기를 만들 수 있습니다.

프리즘과 분광기의 원리는 다음과 같습니다.
종류도 여러가지고 그것에 따라서 원리도 조금씩 다릅니다.

프리즘
광학적 평면을 2개 이상 가진 투명체로서 적어도 한 쌍의 면은 평행이 아닌 것.
소재(素材)로서 보통은 광학적 유리를 쓰는데, 자외선 ·적외선에 대해서는 유리 대신 수정 ·암염(岩鹽) 등이 쓰인다. 기능상 분광프리즘 ·전반사프리즘 ·편광프리즘으로 나뉜다.

【분광프리즘】 빛을 분산시켜서 스펙트럼으로 나누는 데 쓰이는 프리즘. 삼각유리기둥이 많이 쓰이며 분광계 ·분광기 ·굴절계 등에 사용된다. 한쪽 면으로부터 여러 가지 파장을 포함한 빛(예컨대 햇빛)이 입사하면 그것은 곧 단색광으로 분산되어 다른 면에서 나온다. 프리즘에 대한 굴절률이 빛의 파장에 따라 다르기 때문에 한쪽 면으로부터 들어간 빛이 다른 면으로 나올 때는 파장에 따라 서로 다른 편각 δ를 가지기 때문이다. 여기서 편각 δ의 크기는 단색광의 경우에도 제1면에 입사한 빛의 입사각 i에 따라 달라지지만 하나의 주어진 프리즘에서는 δ의 최소값이 꼭 하나씩 있다. 즉 입사각을 바꿔도 편각 δ에는 각 프리즘에 주어진 고유의 최소값이 있어 입사각을 바꿀지라도 편각 δ는 그보다 적어지지는 않는다.

이 각을 프리즘의 최소편각이라 한다. 이 최소편각의 측정은 다음 식에서 보는 바와 같이 그 프리즘에 들어온 빛의 굴절률을 계산하는 데 기초가 된다. 즉 프리즘의 꼭지각[頂角]을 A, 굴절률을 n, 최소편각을 δ라 하면 n sin A/2=sin (AM＋δ0)/2 의 관계식이 성립하므로 꼭지각을 재고 최소편각을 찾아내면, 프리즘에 들어온 빛의 굴절률이 곧 계산된다. 분산용 프리즘으로는 A=60 °인 것이 가장 많이 쓰이나, 모든 파장의 빛에 대하여 일정한 최소편각을 갖도록 고안한 정편각(定偏角) 프리즘(일정편향각 프리즘:아베 프리즘, 펠랭-브로카 프리즘 등)도 쓰인다. 재료로는 ① 가시광선에 대하여는 분산율이 큰 플린트계(系)의 광학유리 ② 자외선에 대하여는 수정(광회전성의 영향을 없애기 위하여 우수정과 좌수정의 30 ° 프리즘을 결합한 코르뉴 프리즘) 및 형석(螢石) ③ 적외선에 대하여는 암염 NaCl 및 KBr 등의 결정이 쓰인다.

【전반사프리즘】 빛의 방향을 바꾸기 위하여 쓰이는 프리즘. 가장 간단한 것은 직각이등변삼각형의 절단면을 가지는 직각프리즘인데, 직각을 끼는 면 또는 빗면에 들어온 빛은 다른 면에 45 °로 입사하여 유리의 임계각(약 42 °)을 넘게 되어 전반사를 하여 전진 방향을 90 ° 또는 180 ° 바꾼다. 그 밖에 오각프리즘도 있고 도립된 상(像)을 정립시키기 위한 정립프리즘도 있다. 망원경에서 도립된 상을 반전시키기 위해서는 렌즈계를 쓰거나 정립프리즘을 써야 하는데 정립프리즘을 쓰면 렌즈계를 쓸 때보다 망원경의 길이를 훨씬 짧게 할 수 있다.

【편광프리즘】 직선편광을 뽑아 내는 데 쓰이는 프리즘이다. 방해석(方解石) ·수정 등의 복굴절성 결정을 써서 만든다. 니콜프리즘, 로션프리즘 등이 있다.



분광기
물질이 방출 또는 흡수하는 빛의 스펙트럼을 계측하는 장치.

분광분석에 쓰이는 외에 분해능이 높은 것은 물질의 미시구조를 해명하는 데 유력한 수단으로 쓰인다. 분광해서 스펙트럼을 얻는 방법으로 프리즘을 사용하는 프리즘분광기, 회절격자(回折格子)를 사용하는 격자분광기, 빛의 간섭을 이용하는 간섭분광기 등이 있다.

또, 특수한 용도에 쓰이는 것으로는 적외선에 대한 물질의 흡수 스펙트럼을 조사해서 분자구조를 알아내는 적외선분광기, 자외선의 파장에 따라 금속면으로부터의 반사율이 다른 데서 금속 내의 전자집단의 행동을 추정하는 자료를 얻는 자외선 반사측정용 분광광도계 등이 있는데, 각기 특수한 광원 부분과 계측 및 기록 부분이 분광계(分光系)에 부착되어 있다.

【프리즘분광기】 예전부터 널리 사용되고 있는 분광기로 주요부분은 ［그림］과 같이 콜리메이터 C, 프리즘 P, 망원경 T로 되어 있다. 슬릿 S에서 들어오는 빛은 평행광선이 되어 프리즘에 들어가며 프리즘을 지날 때는 분산되고, 망원경을 적당한 위치까지 움직이면 그 초평면(焦平面)에 스펙트럼의 각 색에 의한 슬릿상(像)이 보인다. L은 척도관으로서, 유리의 눈금판과 렌즈가 양끝에 부착되어 있다. 뒤에서 램프로 눈금판을 비추면 그 빛이 프리즘에서 반사하여 망원경의 초평면에 눈금의 상을 만들어 스펙트럼의 각 선의 파장을 읽을 수 있게 한다.

또, 분산에 의한 편향각(偏向角)이 파장과 관계없이 일정하게 되는 정편각(定偏角) 프리즘을 써서 망원경을 고정한 채 프리즘대(臺)를 돌려 그 회전에서 직접 파장을 읽을 수 있는 파장분광계도 있다. 이 밖에 직시(直視)프리즘을 써서 휴대할 수 있게 한 직시분광기, 사진장치가 부착된 분광사진기 등도 이에 속한다. 적외선의 분광에는 보통유리를 쓰지 않고 넓은 적외선 영역에 대해서 투과능이 있는 암염이나 브롬화칼륨(KBr) 등으로 만든 프리즘을 사용하고, 스펙트럼의 검출부에는 열전기더미[熱電堆]나 볼로미터 ·뉴매틱 셀 ·광전도 셀 등을 써서 미소전류를 증폭하여 그 세기를 측정하는 방법이 쓰인다.

【격자분광기】 회절격자를 사용한 분광기로서, 서로 접근한 파장의 빛을 분리하는 성능이 크고, 또 유리에 의한 흡수가 없기 때문에 적외선이나 자외선의 분광에 적합하다. 평면격자 ·오목면격자 ·계단격자(階段格子) 등이 사용된다. 특히 적외선의 분광에는 거의 평면격자가 사용되며, 적외선은 그 자체의 에너지가 작으며 광원부터의 방출량도 적기 때문에 불필요한 손실을 피하기 위해서 특수한 홈을 갖는 에슐레트격자(echelette grating)를 쓸 경우가 많다. 또 자외선의 분광에는 오목면 격자가 쓰이며, 공기에 의한 자외선의 흡수를 피하기 위해 장치 전체를 진공상태로 한 진공분광기를 사용한다.

【간섭분광기】 많은 광선이 서로 간섭하게 만든 장치이며 대표적인 것으로 패브리-페로 간섭계(Fabry-Prot interferometer)가 있다. 분해능이 매우 높으며, 원자핵의 성질 때문에 생기는 원자 또는 분자 스펙트럼선의 미세한 분리구조를 연구하는 데 사용된다.

보통 프리즘이라 하면 유리 등의 외부보다 굴절률이 큰 물질로 삼각 기둥을 만들어 분광을 하는 것입니다.
간단히 설명하자면, 분광이 되는 이유는 빛의 성질 때문입니다. 빛은 광자에 의해 만들어지는 파동이자 전자기 복사에 의한 입자입니다. 이 말은 즉, 빛은 입자에 의한 물질성과 파동에 의한 에너지 성질을 모두 가지고 있다는 것입니다.
일반적인 굴절로 보자면, 공기 중에서 유리로 진행하는 것을 예로 들어 보겠습니다. 사실 유리는 비정질이기 때문에 빛이 평행한 유리판을 통과할 때는 약간씩 분산이 됩니다. 하지만 유리를 결정질로 보자면, 입사하는 면과 통과해 나가는 면이 평행하기 때문에 굴절할 수가 없다는 것이죠(원래의 광선이 이루는 각도와 유리판을 통과한 광선의 각도, 즉 상태가 같다).

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⇒평행한 유리판에서

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⇒프리즘에서

출처:과학문화봉사단 외