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파동광학 wave optics
빛도 역학적 파동과 마찬가지로 간섭 현상을 나타낸다.
보강 간섭
constructive
interference
상쇄 간섭
destructive
interference
회절
빛의 간섭 현상을 관측하기 위한 조건
광원에서 방출되는 빛들은 일정한 위상을 유지하여야 한다. (coherence)
빛은 동일한 파장의 빛이어야 한다. (단색광)
레이저는 이 두 조건을 모두 만족시키는 광원이다.
영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
실제 상황에서 slit 사이의 거리는
빛의 파장 정도이므로 이 두 광선
은 평행
y
영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment

영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
d


경로차 
 d sin 
보강 간섭은 경로차가 파장의 정수배일 때 일어난다
  d sin   n
n  0,1,2,
상쇄 간섭은 경로차가 반 파장의 홀수배일 때 일어난다

1

  d sin   2n  1   n  
2 
2
n  0,1,2,
영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
L
y
d

간섭 무늬의 위치 y 를 구하려면,
간섭 조건에서
sin   tan 
보강 간섭은 경로차가 파장의 정수배일 때 일어난다
  d sin   n
n  0,1,2,
상쇄 간섭은 경로차가 반 파장의 홀수배일 때 일어난다

1

  d sin   2n  1   n  
2 
2
n  0,1,2,
영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
L
y

d
간섭 무늬의 위치 y 를 구하려면,
간섭 조건에서
sin   tan 
밝은 무늬의 위치
d tan   n
어두운 무늬의 위치
1

d tan   n  
2

y
d  n
L
yn
L
d
1  L

y  n  
2 d

영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
반사에 의한 위상 변화
n1
n2
반사파에 180도의
위상차가 생긴다
n1  n2
n2
n1
반사파에 위상차가
생기지 않는다
끝이 고정된 줄에서 반사
되는 파동의 경우 파형이
뒤집혀서 반사된다(180도
위상차)
끝이 자유로이 움직일 수
있는 줄에서 반사되는 파
동의 경우 파형이 그대로
반사된다(위상차 없음)
박막에서의 간섭
박막에서의 간섭
수직으로 입사
180° 위상차
위상차 없음
공기
박막의 두께 t
굴절율 n
공기
이 때 두 광선의 경로차는 2t 이다.
주의 사항 : 빛의 파장은 박막 내에서 짧아진다 !

n 
n
경로차 2t 에 박막 내에서의 파장이 완전히 들어가면 상쇄 간섭 (반사 위상차 때문)
2t  m

n
(m  0,1,2, )
보강 간섭 조건은 m 대신 m+1/2 (여전히 m = 0, 1, 2, … )
Newton’s Rings
Newton’s Rings
"Newton's rings" interference fringes between 2 plano convex lenses,
placed together with their plane surfaces in contact. The rings are created
by interference between the light reflected off the two surfaces, caused
by a slight gap between them, showing that these surfaces are not
precisely plane but are slightly convex. [source : Wikipedia]
찌그러짐의 정도로 구면 렌즈의 정확도를 판단할 수 있다.
Optical disks
Optical disks
laser
홈의 두께는 레이저 광선 파장과 비교하여 얼마 정도의 크기가 좋을까?
홈의 두께는 레이저 광선 파장의 ¼ 을 사용한다.
두 광선의 경로차는 홈 두께의 2 배이므로, 이 경로차가 ½ 파장이 되면
위상차가 180도가 된다. 따라서 홈 두께는 파장의 ¼ 가 적당하다.
회절 diffraction
Review : Young 의 이중 슬릿 실험
회절 diffraction
만일 슬릿을 통과한 빛이 퍼져나가지 않는다면 간섭은 없을 것이다.
간섭 효과가 관측되지 않는다면,
스크린에는 슬릿 모양에 해당하
는 밝은 모양이 비추어질 것이다.
이는 두 슬릿 사이의 거리가 빛의
파장에 비교하여 대단히 클 경우
에 해당된다.
회절 diffraction
Huygens 의 원리에 의해 빛이 원래의 진행 방향으로부터 퍼져 나가는
현상을 회절이라고 한다.
단일 슬릿 회절 single slit diffraction
단일 슬릿 회절 single slit diffraction
단일 슬릿 회절 single slit diffraction
단일 슬릿 회절 single slit diffraction
앞의 실험에서 사용한 슬릿의 모양은 직사각형이다.
슬릿에 직각인 방향으로도 회절 효과가 보인다.
단일 슬릿 회절 single slit diffraction
a

슬릿을 통과한 광선들이 1 : 1 로 완전히 서로 상쇄되면 어두운 회절 무늬가
생긴다.
그림에서 적색 부분과 녹색 부분이 1 : 1 로 완전히 서로 상쇄되려면 중심을
지나는 광선의 경로차가 반 파장이 되는 지점에 첫 번째 어두운 무늬가 생긴다.
a

sin  
2
2
단일 슬릿 회절 single slit diffraction
a

두 번째 어두운 무늬는 광선을 모두 4 부분으로 나누어 1, 2번과 3, 4 번이 각
각 완전히 상쇄될 때 생긴다.
a

sin  
4
2
단일 슬릿 회절 single slit diffraction

a
세 번째 어두운 무늬는 광선을 모두 6 부분으로 나누어 1, 2번과, 3, 4 번과,
5, 6 번이 각각 완전히 상쇄될 때 생긴다.
a

sin  
6
2
결론적으로 어두운 무늬가 생기는 위치는
a sin   m
m  0,1,2,
회절 격자 diffraction grating
회절 격자 diffraction grating
회절 격자 diffraction grating
회절 격자 diffraction grating
d

경로차
  d sin 
이 경로차 안에 파장이 온전히 들어가면
밝은 회절 무늬가 생긴다.
d sin   m
m  0,1,2,
축에 따라 곡률이 다른 렌즈가 맺는 상
빛의 편광
방해석 결정(calcite crystal) – 평면임에도 불구하고 비슷한 현상
빛의 편광
방해석 결정(calcite crystal) – 평면임에도 불구하고 비슷한 현상
전기장의
진동 방향에 따라
굴절율이 다르다
빛의 편광
보통 빛은 특정한 방향으로 편광되어 있지 않다.
즉, 전기장의 진동 면이 여러 방향인 빛들이 존재한다.
방해석 결정은 편광 방향에 따라 다른 굴절율을 보인다.
선택적 흡수에 의한 편광
선택적 흡수에 의한 편광
선택적 흡수에 의한 편광
컴퓨터의 LCD 디스플레이에서 나오는 빛은
한 방향으로 편광되어 있음을 알 수 있다.
편광 필름의
투과축 방향

 
E  E0 cos

E0 LCD Display
에서 나오는
빛의 전기장
이 때 편광 필름의 투과
축 방향 성분 만 필름을
통과한다.
빛의 세기는 전기장의
제곱에 비례하므로,
편광 필름을 통과한 빛
의 세기는
I  I 0 cos2 
반사에 의한 편광
비편광된 빛이
0 도나 90 도로
입사할 때
반사광은 비편광
비편광된 빛이
0 도 ~ 90 도로
입사할 때
반사광은 부분 편광
비편광된 빛이
특정 각도로 입사할 때
반사광은 완전 편광
( Brewster의 각
B
)
반사에 의한 편광
빛의 편광 방향으로 매질의
전자가 운동
전기 쌍극자 모멘트는 빛의
편광 방향과 같다.
전기 쌍극자는 자기가 흡수한
빛을 다시 방출한다.
이 때 전기 쌍극자의 방향으로
방출하는 빛은 0 이다. 주로 자
신에 수직 방향으로 빛을 방출
한다.
따라서 수면에서 반사된 빛과
굴절된 빛은 90도를 이룬다.
반사에 의한 편광
따라서 수면에서 반사된 빛과
굴절된 빛은 90도를 이룬다.
B
B
Snell 의 법칙에 의해

n1 sin  B  n2 sin 90   B
n1 sin  B  n2 cos B
tan B 
n2
n1

반사에 의한 편광
without polarizer
with polarizer
반사에 의한 편광
without polarizer
반사에 의한 편광
with polarizer