Thermal Lens

소개글

화학과 전공과목인 <화학실험기법>에 제출했던 실험 레포트입니다.
논문형식을 따르고 있습니다.

목차

Abstract
Introduction
Experimental Method
Result
Discussion
Conclusion

본문내용

thermal lens effect는 laser와 같이 세기가 강한 빛이 시료를 통과할 때 beam의 경로를 따라 시료가 가열되면서 일어난다. 온도가 증가할수록 굴절률, 즉 매질을 통과하는 빛의 속도가 감소한다. 가운데 부분의 세기가 가장 큰 Gaussian beam을 이용하여 시료의 가운데 부분의 온도가 가장 높도록 시료를 불균일하게 가열시키면, 시료의 굴절률 역시 위치에 따라 같지 않게 된다. 따라서 시료는 온도가 높은 가운데 부분의 굴절률이 가장 낮게 되어 마치 오목렌즈와 같은 효과를 내게 되는데, 이를 두고 thermal lens effect라 한다. 이 효과가 나타나면 빛은 시료를 통과한 후 발산하면서 퍼지게 되므로 빛의 반경은 증가하고, 단위 면적당 빛의 세기는 시간이 경과함에 따라 감소한다. 이러한 시간 의존성은 레이저의 출력과 열용량, 열적 전도와 같은 시료의 성질에 좌우되기 때문에 이를 이용하여 용매의 열용량()을 측정할 수 있다. 또한 본 실험을 통해 Oscilloscope의 원리를 이해하고 그 작동 방법을 익힌다.

Introduction
시간이 경과함에 따라 감소하는 빛의 세기는 다음식과 같이 표시할 수 있다.
= - ---ⓛ

여기서 는 시간 t에서의 빛의 세기이며, 는 최초의 빛의 세기, 는 시간이 경과하여 최대로 작아진 빛의 세기이며, ΔΙ는 와 의 차이이다. 시료의 가열 현상에 따른 열적 렌즈효과는 시간이 경과함에 따라 증가할 뿐 아니라 시료의 열용량, 빛이 조사되는 단면적 시료의 밀도, 열전도도의 함수로 다음식과 같이 표현된다.
C =
이때 C는 시료의 열용량, ρ는 용매의 밀도, ω는 빔의 최소 반경, κ는 용매의 열전도도이다. 따라서 감소하는 빛의 세기를 나타내는 시간상수 t를 측정하명 용매의 열용량을 구할 수 있다. ω는 레이저가 렌즈에 의해 한 점으로 집광되었을 때의 반경을 의미하며, 이는 집광전의 레이저 본래의 반경 ω로부터 다음 식을 이용하여 구한다.
ω =

참고 자료

「물리화학(7판)」Peter Atkins, 안운선 역, 교보문고, 2005, pp. 622-625
「분석화학」Daniel C. Harris, 김강진 역, 자유아카데미, 2001, pp.574-580