EYEBLOG

▶ 조리개

- 조리개 종류와 기본적인 개념만 공부하면 된다.

1. 조리개 : 광학계 중간에 위치하여 광선의 일부를 차단하는 것

2. 시야 조리개 : 상면(像面) 또는 중간의 상면에 위치하여 볼 수 있는 상의 범위를 제한하는 것.

3. 구경조리개 : 홍채와 같이 광학계 중간 내부에 위치하여 이 조리개의 개폐작용으로 광학계에 통과하는 광량

을 제한 상의 밝기에 관여

4. 광학계를 통과하는 광선속을 가장 유효하게 제한하는 것을 구경조리개라고 하고, 상공간에서의 이것의 상을

사출동이라고 한다.

물점에서 나온 광선속의 물체공간에서 입사동의 중심을 지나는 광선을 주광선이라고 한다.

결상되어지는 범위를 제한하는 구실을 하는 조리개 혹은 렌즈가장자리를 시야조리개라고 한다.

▶ 구면에서의 빛의 반사와 굴절 & 얇은 렌즈, 두꺼운 렌즈

구면에서의 빛의 반사에 대한 결상식에 대한 충분한 이해가 있어야 하고 더 나아가 구면에서의 가우스 결상식

은 중요한 부분이니 꼭 한번 자세하게 공부를 하셔야 합니다. 아래에 나와 있는 Question에 사용되는 공식은

무엇일까요...

찾아내어 문제를 한 번 풀어보세요.

( Question )

n=1.5 인 유리로 만들어진 볼록 매니커스 모양의 렌즈가 있다 .

(+)면의 곡률반경은 + 20 cm 이고 (-)면의 곡률

반경은 + 40 cm 이다. 이 렌즈 전방 2m 떨어진 있는 물체의 상의 위치는 ?

( 단, 렌즈는 공기중에 있다 )

일정한 크기를 가진 물체가 곡률반경 10cm인 볼록거울 앞에 10cm 되는 거리에 있다. 배율은 ?

▶ 열복사와 스펙트럼

. 스펙트럼

1. 연속스펙트럼 : 고온의 고체나 액체가 내는 빛을 분광기로서 분산시키면 빨강에서 보라색까지의 모든 색이

연속적으로 배열되는 것.

2. 휘선스펙트럼 : 고온의 기체에서 나오는 빛을 분광기로 분산시켜 보면 그 기체 특유의 색깔(파장)을 갖는 몇

개의 가는 선으로 나타난다.

3. 흡수스펙트럼 : 연속스펙트럼을 나타내는 빛을 저온의 기체속을 지나게 하면 연속스펙트럼사이에 몇 개의

검은 선이 나타난다. 이 검은 선은 그 파장에 해당하는 빛의 저온의 기체원자에 흡수되어 나타나는 것.

태양이 내는 빛은 연속스펙트럼이지만 찬 태양대기를 통과할 때에 대기로부터 특정파장의 빛이 흡수되어

연속 스펙트럼에서 무수히 많은 양선이 나타나게 되는데 이것은 Fraunhor에 의해서 최초로 관측되는

Fraunhor선이라 부른다. 즉 태양대기의 흡수이다.

4. Stefan - Boltzmann의 법칙: 흑체 표면 1cm에서 1초 동안에 나오는 전체에너지 E는 표면의 절대온도 T의

4제곱에 비례한다.

* 태양의 표면온도는 대략 6000K이다.

◈ 기하광학

: 이 부분은 공식을 확실하게 암기하는 것은 기본이고 문제를 많이 접해서 다시 공식을 이해하는 것이 중요

함....!!! 수차에 대해서만 심도 있게 다루었으니 다른 부분은 각자 정리합시다.

기하광학의 내용 중에 기본적인 사항은 빛에 대해 관계되는 광학적 거리 버전스의 개념들로 출발해서 부호규약

및 작도 부분에서는 필히 직접

오목렌즈와 볼록렌즈에서의 상의 작도를 해 보아야 한다.

▶ 빛의 편광

* 이 부분은 매년 거의 출제되는 부분이므로 주의해서 정리를 해야한다.

- 빛이 파동의 종류 한 가운데 횡파임을 입증.

. 편광을 얻는 보통의 방법은 1938년 E.H.Land가 발명한 폴라로이드라고 하는 물질에 의한 빛의 흡수이다.

1. Malus의 법칙 : 최종적으로 투과하는 빛의 세기는 I는 편광자와 검광자의 투과축이 이루는 각에 다라

달라진다.

( 공식을 적어보자 ) I =

2. Brewster의 법칙 : 자연광이 투명한 물질에서 반사와 굴절을 일으킨 때 반사광선과 굴절광선이 90를 이루는

입사각을 편광각(Brewster angel) 라 한다.

Brewster의 법칙이라 하면 편광각은 굴절률에만 의존한다.

3. 방해석을 통해서 물체를 보면 두 개로 보인다.

이것은 하나의 입사광선으로부터 두 개의 굴절광이 만들어져서 눈에 들어오기 때문이다. 이와같은 현상을

복굴절이라 한다.

* Nicol prism은 복굴절에 의한 정상광선과 이상광선 중 정상광선은 0는 전반사 시키고 이상광선만 E만 투과

시킴으로써 자연광에서 직선편광을 얻을 수 있는 장치이다.

4. 빛의 산란과 편광 : 파동이 진행해 나아갈 때 파동의 크기 또는 그 보다 작은 장애물을 만나면 파동은 그 장애

물을 중심으로 하여 사방으로 퍼져 나간다. 이것이 산란이다. 산란의 정도는 파장이 짧을

수록 크다. 즉 빛의 산란은 파장의 4제곱에 반비례한다.

하늘이 파란 이유, 아침 저녁 노을,알갱이가 굵은 입자들(눈,설탕,소금,구름)의 흰색

▶ 빛의 회절

* 이 부분에 대한 정리는 약간 미흡하오니 다시 한 번 책을 찾아보시길.

.회절현상은 편의상 Frauhofer 회절 Fresnel 회절 두 가지로 분류한다.

1. Frauhofer 회절은 광원과 상이 나타나는 스크린이 회절을 일으키는 좁은 슬릿과 무한한 거리로 떨어져 있을

때 생기는 회절을 말한다. 광원과 슬릿 사이의 거리가 멀기 때문에 슬릿과 스크린에 도달하는 빛은 평면파( 파면

이 나란한 직선파 )가 된다.

2. Fresnel 회절은 광원과 슬릿, 슬릿과 스크린이 유한한 거리에 있을때의 회절로 슬릿과 스크린에 도달하는 빛

이 구면파가 되는 회절이다.

▶ 빛의 간섭

* 이 부분은 항상 국가고시에서 출제가 자주 되는 분야이다.

따라서 기본적인 공식뿐만 아니라 영의 실험에 나오는 그림을 주의 깊게 살펴보아야 한다.

1. 영(Young)의 실험

: Young의 실험은 빛의 파동성을 한층 더 확신케 해 준 것이었다

Young의 실험에서 나타나는 간섭현상을 설명하는데는 입자흔적으로는 불가능하다.

* 영의 실험과정에 사용되는 그림을 확실하게 챙겨야 한다. 열심히 그려보자..영(Young)의 깊은 생각을....

여기에서, 경로차에 따른 간섭무늬의 명암조건식

* 공식을 확인하고 정리하는 것은 필수...!!

* 단색광의 파장은 인접한 극대간의 간격(무늬의 폭)은

+--두 슬릿간의 간격이 좁을수록

+- 슬릿과 스크린사이의 거리가 멀수록

+- 실험에 사용한 빛의 파장이 길수록

무늬의 폭이 넓어진다.

( Question )

파장을 알 수 없는 광선으로 4mm 간격의 두 평행한 틈이 있는 이중슬릿에 비추어 6m 떨어진 스크린에 간섭무늬

를 만들었더니 인접한 두 밝은 선 사이의 거리는 1.5mm이었다.

이 빛의 파장은 얼마인가 ?

2. 간섭

빛이 비누거품이나 물 위에 떠 있는 기름막에서 반사할 때 가끔 볼 수 있는 찬란한 색채는 비누막이나 기름의

얇은 막의 전,후면에서 반사되는 광파의 간섭효과 때문이다. 렌즈의 구면의 면 정도를 정밀하게 살펴볼수 있는

"뉴튼의 원무늬"는 빛의 간섭성질이다.

3. LIoyd 거울에 의한 간섭 : 거울면에서 반사함으로써 생긴 180의 위상변화(고정단에서의 반사) 때문에 간섭

무늬의 명암조건은 Young의 간섭실험에 의하여 얻어진 조건식과는 반대가 된다.

4. 굴절현상 : 아지랑이, 밤하늘에 별빛, 난로위의 열기

◈ 물리광학

: 파동과 빛의 본성, 간섭, 회절, 편광에 대한 내용과 열복사와 스펙트럼현상에 대한 내용을 다루고 있습니다.

1. 파동 : 파동의 진행은 매질자체가 직접적으로 이동하는 것이 아니고 단지 공간의 어떤 점에서 다른 점으로

에너지의 운동량을 전달하는 것이다.

( Question )

. 파동이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때 변하지 않는 것은 ?

2. 파동방정식

* 공식은 직접 찾아서 첨가하시고 공식에 사용되는 용어는 확실히 정리하세요.

( Question )

.진폭이 10cm, 파장10cm , 속도 100cm/sec 인 파동의 방정식은 ?

3. 반사파와 위상변화

. 고정단에서 반사 : 위상 180 변화 , 소 --> 밀, 상쇄간섭(소멸간섭)

. 자유단에서 반사 : 위상 변화 없음, 밀 --> 소, 보강간섭 (얇은막의 간섭현상)

Coating 의 원리

4. 파동의 간섭

. 간섭이란 ?

- 두 개 이상의 파동이 중첩되었을 때 나타나는 물리적 현상

5. 정상파

- 정상파에서 변위가 0이 되어 진동하지 않는 부분을 마디라고 하고 정상파의 변위가 최대가 되는 곳을 배라고

한다.

이 때 두 인접한 배와 배, 마디와 마디사이의 거리는 반파장이 된다.

따라서 진폭과 파장 및 진동수가 같은 두 파동이 서로 마주보고 반대방향으로 와서 겹칠 때 정상파가 생긴다.

( 수학적인 해 ) 정상파 진폭은( )로서 최대가 된다.

두 인접한 마디와 마디 사이의 거리는 ( )로 반파장이다.

* 정상파의 가장 흥미있는 특징 중의 하나는 에너지 전달을 하지 못한다.

( Question )

진폭이 15cm 진동수 6Hz 및 전파속도가 48m/sec인 파가 정상파를 만들 때 그 파장은 얼마인가?

6. 맥놀이

- 진동수가 아주 비슷한 두 파동이 합성되어 합성파의 세기가 반복해서 커졌다 작아졌다 하면서 주기적으로

변하게 되는 것.

세기변화의 진동수를 맥놀이 진동수라 한다.

( Question )

진동수가 302Hz, 298Hz인 두 음차를 동시에 울릴 때 생기는 합성음의 진동수와 맥놀이 진동수를 구하여라.

7. 도플러 효과

: 발음체(음원)와 관측자가 상대적으로 접근하면 소리가 높게 상대적으로 멀어지면 소리가 낮게 들린다.

이와 같은 현상을 도플러효과라 한다.

* 별빛의 도플러 효과

- 도플러 효과는 광파(빛)에서도 일어난다. 음파는 진동수에 따라 소리가 높게 또는 낮게 들리나 광파는 진동

수에 따라 색깔이 변한다. 즉, 광원과 관측자가 상대적으로 가까워지면 관측자는 광원이 내는 빛의 고유

진동수보다 커져서 파장이 짧은 보라색쪽으로 관측자는 광원이 내는 빛의 고유 진동수보다 적어져서 파장이

긴 붉은색쪽으로 치우쳐 보이게 된다.

8. 파동의 회절

. 호이겐스 원리 : 파동의 회절현상을 설명하기 위한 원리 중 하나로서 임의의 파면상에 무수히 많은 모든 점들

을 다음에 일어날 이차적인 점파원이 되고 점파원에서 나온 구면파가 공통으로 접하는 곡면

(포락면)이 다음 순간의 파면이 된다.

. 회절 : 파동이 진행하다가 장애물에 도달하면 장애물 뒤쪽으로 돌아서 전파하는 현상.

* 아래에 나오는 예제는 확실히 정리하세요.

. 방파제 뒤쪽에 매여있는 배가 흔들린다 ---> 수면파의 회절

. 산 넘어 달리는 기차의 기적소리 ----> 음파의 회절

. 가늘게 눈을 뜨고 속눈썹사이로 한 불꽃을 보면 여러 개로 보인다.

. 파장이 길수록 회절이 크다.

▶ 빛의 본성

- 빛은 에너지의 한 형태이다.

에너지가 한곳에서 다른 곳으로 운반될 때 입자가 에너지를 직접 운반하는 경우도 있고 입자의 진동을 매개로

하는 파동을 통하여 운반되는 경우도 있다.

* 아래에 역사와 관계된 인물은 안경학개론 에서도 언급되는 부분이니 여기서 정리를 해 두세요

1. 빛의 입자성 : 1699년 뉴튼

- 빛은 광원에서 방출되어 매우 빠른 속도로 공간을 퍼져나가는 작은 입자의 흐름 으로 생각.

2. 빛의 파동성 : 1677년 호이겐스

-1801년 영의 간섭실험, 1816년 프레스넬의 회절현상, 1850년 푸우코가 회전거울 이용

3. 전자기파설 : 1873년 맥스웰

4. 빛의 이중성 : 1905년 아이슈타인 " 광자라는 입자의 흐름 " 광량자설 제안 1923년 콤프턴 효과