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[광학] 결상광학의 주요 용어 : 허상, 실상, 시야, 조리개 결상(結像)이란, 어떤 물체에서 나온 광선 따위가 반사, 굴절한 다음 다시 모여서 그 물체와 닮은꼴의 상을 만들어내는 것을 말한다. 여기서 상(像)이란, 렌즈나 거울을 통하여 표면에 맺힌 물체의 형상을 말하는데, 이때 실제 빛의 경로상에 있는 상을 실상이라고 하고, 가상의 경로상에 있는 상을 허상이라고 한다. 이를 이해하기 위해서는 먼저 광축에 대해 알아야 한다. 광축(Optical axis)이란, 광학계에서 여러 가닥의 광선의 진행을 살펴볼 때 그 방향과 위치의 기준을 삼는 선을 일컫는다. 광선은 "빛살"이라는 용어로 불리기도 한다. 이러한 구조에서 물체의 한 점에서 출발한 빛이 볼록렌즈나 오목거울에 의해서 한 점으로 다시 모이게 되면 그 점에서는 상이 맺히게 되는데, 이때의 상을 실상(real ima.. 2024. 11. 6.
[광학] 빛에 대한 연구와 특성 : 파동성과 산란 빛의 이중성에 대한 논쟁 중 파동성에 힘을 실었던 과학자들의 실험을 소개해 보겠다. 대표적인 파동성의 근거로 전해지는 영의 실험은 다음과 같다. 단일광원으로부터 나오는 빛을 서로 가까이 위치한 두 개의 슬릿에 비추는데, 만약 빛이 아주 작은 입자로 구성되어 있다면 슬릿 뒤에 위치한 스크린상에는 두 개의 밝은 라인이 보여야 할 것이다. 그러나 영은 여러 개의 밝고 어두운 무늬를 관찰하였고 이 결과를 토대로 빛은 파동성을 가진다고 설명하였으며, 이는 파동의 간섭 현상이라고 하였다. 간섭(interference)이란 둘 또는 그 이상의 파동이 서로 만났을 때 중첩의 원리에 따라서 서로 더해지면서 나타나는 현상이다. 영의 이중 실틈 실험에서는 특정한 무늬를 발견할 수 있었는데, 밝은 곳과 어두운 곳 간섭은 보강.. 2024. 11. 6.
[광학] 빛에 대한 연구와 특성 : 입자성 우리의 생활 속에서 너무나도 당연하게 사용되고 있는 빛은 과거에 이 정체를 알아내는 게 쉽지 않았다. 빛에 대한 연구가 본격적으로 시작된 것은 17세기부터라고 할 수 있다. 반사 망원경을 만든 뉴턴(Issac Newton, 1642~1727)은 빛의 직진성을 이유로 빛은 입자로 되어 있다고 주장하였다. 그러나 뉴턴과 동시대를 살았던 하위헌스(Chritian Huygens, 1629~1695)가 편광 및 복굴절 현상을 발견하여 빛은 파동이라는 이론이 시작되었다. 이후에 이중 실틈 실험을 행했던 영(Thomas Young, 1773~1829)에 의하여 파동 이론이 점차 주목받다가 프레넬(Augustin Jean Fresnel, 1788~1827)의 수학적 이론에 의해 빛의 파동 이론은 자리 잡게 되었다. 또.. 2024. 11. 6.
[광학] 빛의 특성과 스펙트럼 : 가시광선부터 라디오파까지 우리 인류는 오래전부터 지금에 이르기까지 빛을 사용해 왔다. 또한 이 빛이라는 존재는 우리가 살아가는 데 있어서 없어선 안 될 존재이기도 하다. 빛이란 우리의 눈을 자극하여 물체를 볼 수 있게 하는 것으로, 좀 더 자세히 말하면 사람의 눈으로 들어와 시각 신호를 만들어낼 수 있는 전자기파이다. 여기서 전자기파(electromagnetic wave)란 수직인 방향으로 진동하는 전기장과 자기장의 두 진동면에 모두 수직인 방향으로 진행하는 파 또는 파동을 말하며 이는 빛을 파동의 성질로 볼 때 사용하는 말이다. 이 내용은 다음에 더 자세히 다룰 것이다. 사람의 눈으로 들어오는 빛은 가시광(visible light)이라고 하며 가시광에 해당하는 빛들이 모여있는 영역을 가시광선 영역이라고 한다. 과거에는 가시광선.. 2024. 11. 6.
[광학] 양자광학 : 빛의 역학적 관점, 양자 암호화에 대한 연구 양자광학(Quantum optics)은 다양한 광학 분야 중의 하나로, 빛의 특성 및 빛과 매질과의 상호 작용을 양자역학적인 관점에서 설명하는 학문이다. 양자역학에 의하면 빛은 전자기파로 다루어짐과 동시에, 광자라는 입자로도 다루어진다. 이는 빛의 양자적인 특징, 즉 광자를 언급하여 고전 전자기파의 이론으로는 설명이 불가능했던 원리들을 이용하며, 이에 따라 빛과 원자와의 상호 작용 등을 연구하고 설명할 수 있게 된다. 즉 빛과 매질의 상호 작용에서 빛은 광자 하나에 해당하는 에너지를 기본 단위로 하여 매질에 흡수되거나 혹은 방출되기도 한다. 양자광학의 중요한 연구 주제로는 양자 중첩(quantum superposition)과 양자얽힘(quantum entanglement) 현상이 있는데, 이들은 최근 양.. 2024. 11. 5.
[광학] 파동광학 : 간섭, 회절, 편광 물리광학(Physical optics)이라고도 불리는 파동광학(Wave optics)은 기하광학의 광선 근사, 결상 이론이 적용되지 않는 현상을 주로 다룬다. 빛이 입자냐 파동이냐 하는 논쟁은 20세기 알베르트 아인슈타인의 광전 효과로 빛은 입자성과 파동성이라는 양면성, 이중성을 갖고 있다고 해석되었고, 결론지어졌다.    빛의 파동성에 의한 현상 중 하나인 간섭(Interference) 현상은 파동이 위상을 지니기 때문에 발생하는 것으로, 진폭의 공간적인 보강 및 상쇄를 의미한다. 즉 2개 이상의 파(wave)가 동시에 한 점에 도달했을 때, 그 점에서 파가 강하게 합쳐지는 보강 혹은 상쇄되어 밝고 어두운 무늬가 반복적으로 나타나는 것을 말한다. 파동의 성질을 가진 것은 모두 이러한 특성을 가지고 있으.. 2024. 11. 5.