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학문/광학23

[광학] 빛의 속도와 특수 상대성 이론 빛의 속도(speed of light)는 광속이라고도 하며, 이는 진공에서 299,792,458m/s라는 정확한 값으로 알려져 있다. 국제적 표기는 c이며, 기본 물리 상수로써 길이 단위인 미터는 이로부터 정의되었다. 함께 논의할 "특수 상대성 이론"에 따르면, 광속 c는 우주의 모든 에너지와 물질 그리고 정보가 가질 수 있는 속도의 "최댓값"이며, 최근에 거론되는 이론에 따르면 중력파의 속도가 되기도 한다. 또한 특수 상대성 이론에 따르면 어떤 물체의 모든 움직임, 즉 물질의 이동 속도는 물론, 질량을 가진 게이지 보손도 빛의 속도보다 빠르게 움직일 수 없다. 여기서 언급되는 게이지 보손(gauge boson)에 대해서는 다른 게시물에서 자세히 다루도록 하겠다. 질량을 가지지 않는 입자와 빛처럼 전자기.. 2024. 11. 7.
[광학] 광학계의 수차 : 상면 만곡 수차, 왜곡 수차 지난 게시물에 이어 자이델 5수차에 대해 포스팅하도록 하겠다. 앞서 포스팅한 구면수차, 코마수차, 비점수차에 대한 설명이 궁금하다면 아래 링크를 눌러 확인이 가능하다. 네 번째 상면 만곡(field curvature)수차에서 만곡이란 활 모양으로 굽음, 구부러짐을 나타내는 말인데 따라서 상면 만곡이란 상면이 활 모양처럼 구부러진 것을 의미한다. 앞에서 소개한 구면수차, 코마수차, 비점수차가 없는 광학계라면 이 광학계는 광축 상의 물체 점이나 광축 외 물체 점에서 각각 한 점으로 결상이 된다. 그러나 이것을 완전한 상이라고 할 수는 없다. 왜냐하면 각 점에서의 상점이 평면이 아닌 "곡면"에 형성되기 때문이다. 이를 상면의 만곡이라고 하며, 이 휘어진 상면을 페츠발(Petzval)면 이라고도 한다. 볼록렌즈.. 2024. 11. 7.
[광학] 광학계의 수차 : 구면수차, 코마수차, 비점수차 물체 점에서 출발한 광선이 어떠한 광학계를 지나 한 점에 모여 상을 이루고, 그 상점에 입사하는 파면들이 구면을 형성하는 것, 이런 것들을 "이상결상(ideal imaging)"이라고 한다. 다시 말해 이상결상은 모든 광선 이 한 점에 모이고, 그 광선들의 광로정(빛이 실제 이동한 거리, OPL)이 모두 같으며 상점에 입사하는 파면이 구면을 형성하는 것, 이상적인 결상이라는 것이다. 하지만 실제로 점 물체에서 나온 여러 가닥의 광선들은 광학계를 지나 상을 만들 때 그 광선 모두가 상점 즉, 한 점에 모이지 못하고 일부가 벗어나게 되는데 이를 "수차(Aberration)"라고 한다. 수차가 발생하면 점으로 출발한 물체의 상이, 점이 아닌 옆으로 번진 모양이 되므로 상의 품질이 나빠지게 된다. 수차는 크게 .. 2024. 11. 7.
[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.

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