파동광학 wave optics
DESCRIPTION
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 . - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
파동광학 wave optics빛도 역학적 파동과 마찬가지로 간섭 현상을 나타낸다 .
보강 간섭constructive in-terference
상쇄 간섭destructive inter-ference
빛의 간섭 현상을 관측하기 위한 조건광원에서 방출되는 빛들은 일정한 위상을 유지하여야 한다 . (coherence)빛은 동일한 파장의 빛이어야 한다 . ( 단색광 )
회절
레이저는 이 두 조건을 모두 만족시키는 광원이다 .
영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
y
실제 상황에서 slit 사이의 거리는 빛의 파장 정도이므로 이 두 광선은 평행
영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
경로차d
sind
보강 간섭은 경로차가 파장의 정수배일 때 일어난다 nd sin ,2,1,0 n
상쇄 간섭은 경로차가 반 파장의 홀수배일 때 일어난다
21
212sin nnd ,2,1,0 n
영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
d간섭 무늬의 위치 y 를 구하려면 ,간섭 조건에서
nd sin ,2,1,0 n상쇄 간섭은 경로차가 반 파장의 홀수배일 때 일어난다
21
212sin nnd ,2,1,0 n
보강 간섭은 경로차가 파장의 정수배일 때 일어난다
tansin
y
L
영의 이중 슬릿 실험 Young’s Double-Slit Experiment
d간섭 무늬의 위치 y 를 구하려면 ,간섭 조건에서
nd tan
어두운 무늬의 위치
밝은 무늬의 위치
tansin
y
L
nLyd
dLny
21tan nd
dLny
21
반사에 의한 위상 변화1n 2n 2n 1n
반사파에 180 도의 위상차가 생긴다반사파에 위상차가 생기지 않는다
21 nn
끝이 고정된 줄에서 반사되는 파동의 경우 파형이 뒤집혀서 반사된다(180 도 위상차 )끝이 자유로이 움직일 수 있는 줄에서 반사되는 파동의 경우 파형이 그대로 반사된다 ( 위상차 없음 )
박막에서의 간섭
공기굴절율 n
공기
180° 위상차위상차 없음
박막의 두께 t
이 때 두 광선의 경로차는 2t 이다 .
수직으로 입사
주의 사항 : 빛의 파장은 박막 내에서 짧아진다 !nn
경로차 2t 에 박막 내에서의 파장이 완전히 들어가면 상쇄 간섭 ( 반사 위상차 때문 )
),2,1,0(2 mn
mt
보강 간섭 조건은 m 대신 m+1/2 ( 여전히 m = 0, 1, 2, … )
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
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 180 도가 된다 . 따라서 홈 두께는 파장의 ¼ 가 적당하다 .
회절 diffraction만일 슬릿을 통과한 빛이 퍼져나가지 않는다면 간섭은 없을 것이다 .
간섭 효과가 관측되지 않는다면 ,스크린에는 슬릿 모양에 해당하는 밝은 모양이 비추어질 것이다 . 이는 두 슬릿 사이의 거리가 빛의 파장에 비교하여 대단히 클 경우에 해당된다 .
회절 diffractionHuygens 의 원리에 의해 빛이 원래의 진행 방향으로부터 퍼져 나가는 현상을 회절이라고 한다 .
단일 슬릿 회절 single slit diffraction앞의 실험에서 사용한 슬릿의 모양은 직사각형이다 .
슬릿에 직각인 방향으로도 회절 효과가 보인다 .
단일 슬릿 회절 single slit diffraction
슬릿을 통과한 광선들이 1 : 1 로 완전히 서로 상쇄되면 어두운 회절 무늬가 생긴다 .
a
그림에서 적색 부분과 녹색 부분이 1 : 1 로 완전히 서로 상쇄되려면 중심을 지나는 광선의 경로차가 반 파장이 되는 지점에 첫 번째 어두운 무늬가 생긴다 .
2sin2
a
단일 슬릿 회절 single slit diffraction
a
두 번째 어두운 무늬는 광선을 모두 4 부분으로 나누어 1, 2 번과 3, 4 번이 각각 완전히 상쇄될 때 생긴다 .
2sin4
a
단일 슬릿 회절 single slit diffraction
a
세 번째 어두운 무늬는 광선을 모두 6 부분으로 나누어 1, 2 번과 , 3, 4 번과 , 5, 6 번이 각각 완전히 상쇄될 때 생긴다 .
2sin6
a
결론적으로 어두운 무늬가 생기는 위치는 ,2,1,0sin mma
회절 격자 diffraction grating
d
경로차 sind
이 경로차 안에 파장이 온전히 들어가면 밝은 회절 무늬가 생긴다 .
,2,1,0sin mmd
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 편광컴퓨터의 LCD 디스플레이에서 나오는 빛은 한 방향으로 편광되어 있음을 알 수 있다 .
편광 필름의 투과축 방향
0E LCD Dis-
play 에서 나오는 빛의 전기장
이 때 편광 필름의 투과축 방향 성분 만 필름을 통과한다 .cos0EE
빛의 세기는 전기장의 제곱에 비례하므로 , 편광 필름을 통과한 빛의 세기는 20 cosII
반사에 의한 편광비편광된 빛이0 도나 90 도로 입사할 때 반사광은 비편광비편광된 빛이0 도 ~ 90 도로 입사할 때 반사광은 부분 편광
비편광된 빛이 특정 각도로 입사할 때 반사광은 완전 편광( Brewster 의 각 )B
반사에 의한 편광빛의 편광 방향으로 매질의 전자가 운동전기 쌍극자 모멘트는 빛의 편광 방향과 같다 .
전기 쌍극자는 자기가 흡수한 빛을 다시 방출한다 .
이 때 전기 쌍극자의 방향으로 방출하는 빛은 0 이다 . 주로 자신에 수직 방향으로 빛을 방출한다 .
따라서 수면에서 반사된 빛과 굴절된 빛은 90 도를 이룬다 .
반사에 의한 편광따라서 수면에서 반사된 빛과 굴절된 빛은 90 도를 이룬다 .
B
B BB nn 90sinsin 21
Snell 의 법칙에 의해
BB nn cossin 21
1
2tannn
B
