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회절 광학 이론 [기본편 - 1] 회절이란, 빛이 진행하는 과정에서 어떠한 장애물(혹은, 유한한 크기의 Aperture)을 만났을 때의 파면의 구부러짐이다. 회절에 대해 이해하기 전에, 우리는 파동의 관점에서 빛이 자유공간에서 어떻게 전파하는지를 알아야 한다. 위의 그림처럼, 임의의 파동은 여러 방향으로 진행하는 평면파들의 중첩으로 생각할 수 있다. 수학적으로는 이를 공간에 대한 푸리에 변환으로 이해할 수 있는데, 수식은 다음과 같다. 위의 수식에서 f(x,y)는 임의의 파동을 2차원 함수로 나타낸 것이고, U(x,y,z)는 z축 방향으로의 위상까지 고려하여 3차원 함수로 나타낸 것이다. kx, ky, kz는 k벡터의 각각의 축 방향으로의 성분이고 vx, vy, vz는 각각의 축 방향으로의 공간주파수 성분이다. 즉, 임의의 파동이 자유공.. 2023. 2. 19.
무지개에 숨은 광학적 원리 첫번째 이야기 하고자 하는 것은 무지개(rainbow)이다. 무지개를 관측하기란 쉽지 않지만, 살면서 한번쯤은 무지개를 볼 수 있을 것이라 생각이 든다. 나는 2022년도에 학회차 미국에 방문했을 때 미국과 캐나다의 접경지역에 있는 나이아가라 폭포 투어에서 쌍무지개를 본적이 있다. 정말 잊을 수 없는 황홀한 경험이었다. 내가 나이아가라 폭포에서 무지개, 심지어 관측하기 매우 어려운 확률의 쌍무지개를 볼 수 있었던 이유는 무엇일까? 무지개에 숨은 빛의 원리에는 크게 두가지가 존재한다. 첫번째는 분산(dispersion)이고, 두번째는 편광(polarization)특성이다. 각 특성이 의미하는 바가 무엇이고, 무지개에 어떻게 적용될 수 있는지를 살펴보자. 1. 분산(dispersion) 분산(dispersi.. 2023. 1. 23.