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Mach-Zehnder 간섭계에서 편광 상태를 이용한 빛의 이중성 및 상보성 고찰
엄자윤,김용수 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.7
To intuitively investigate the light duality and complementarity of quantum mechanics, we measured the variation in the visibility of the interference fringe pattern for the polarization states of each optical path in a Mach-Zehnder interferometer that improved the phase compensation problem. The interference fringe was disappeared when the polarization states in the two optical paths of the MZI were perpendicular (visibility = 0.15). This is, in principle,because which-way information was secured by the polarization state of each path. However, when a ±45˚ polarizer that destroys the which-way information is placed at the exit of the interferometer, the interference was restored (visibility = 0.94,0.89). This demonstration showed light duality and complementarity -visibility and distinguishability- at the same time. 본 연구에서는 빛의 이중성과 양자역학적인 상보성을 직관적으로고찰하기 위해, 위상 보상 문제를 개선한 Mach-Zehnder 간섭계를사용하여 광 경로상의 편광상태에 따른 간섭무늬의 선명도를 비교하였다. 간섭계의 두 광경로를 경유하는 빛의 편광상태가 서로 수직일 때는간섭무늬의 선명도는 0.15이었다. 이는 편광상태에 의해 광경로에 대한구별 가능성이 원리적으로 확보된 빛의 입자성 특성에 기인한다. 한편,간섭계의 출구에 ±45˚편광판을 두어 편광방향에 의해 구별가능했던 경로에 대한 정보를 제거하면, 간섭무늬의 선명도가 각각 0.94,0.89인 빛의 파동성에 기인한 간섭 무늬가 관찰되었다. 이는 빛의이중성과 상보성-선명도와 구별가능성-을 동시에 보여준다.
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밀리칸 실험장치를 이용한 공기 중 작은 입자에 의한 산란 편광 측정
김재만,고태준,노희소 한국물리학회 2023 새물리 Vol.73 No.1
Polarization, a wave characteristic of light, is the vibrational direction of electromagnetic waves. The polarization state of light is changed by the surrounding environment, and in the case of natural light, the light scattered by small scatters is fully polarized in a certain direction. We designed a simple experiment to observe the polarization of light scattered by small airborne scatterers using the Millikan experiment kit. By impinging 550-nm laser light onto airborne oil droplets, we observed that the scattered light became linearly polarized at a certain angle. For analytical proof, we used the image to extract the RGB value. This design is advantageous for observing the polarization state of scattered light from airborne particles, whose size is a few micrometers, in a relatively simple way. 빛의 파동적 특성 중 하나인 편광(Polarization of Light)은 전자기파의 진동 방향으로, 빛의 편광 상태는 주변 환경에 의해 변화하며 자연광의 경우 공기 중의 작은 산란체에 의한 산란이 편광이 된다. 우리는 밀리칸 실험 키트를 이용해 공기 중의 산란체에 의한 빛의 산란 편광을 관측할 수 있는 간단한 방법을 설계하였다. 550-nm 파장의 Laser source를 공기 중 기름방울 입자에 조사하여 특정 각도에서 산란광이 선형 편광화(Linearly polarized) 되는 것을 관측하였다. 분석적 입증을 위해 이미지 센서를 활용하여 촬영하고, Python을 이용해 해당 사진의 RGB값을 추출하여 데이터화 하였다. 해당 설계는 수 마이크로미터 크기인 공기 중 입자의 산란광에 의한 편광 상태를 비교적 간편한 방법으로 관찰할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
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