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방명록에 질문이 들어왔다. 반갑다. ㅜ_ㅜ

안녕하세요. 자외선 차단 코팅 관련한 글을 읽고 질문드릴게 있어서 글 남깁니다.
빛이 코팅된 렌즈에 들어가면 반사가 되는데 코팅막에서 반사되는것과 렌즈에서 반사되는거 중에 어떤 곳에서 반사되는것이 더 많은건가여?? 또한 흡수는 렌즈에서 흡수하는거 코팅막에서 흡수하는거 어떠한 것을 뜻하는건가요??
그리고 제일 궁금한건데 자외선의 투과를 낮추기 위해서 반사율을 높이는데 이 의미가 잘 이해가 안갑니다. 만약 들어오는 빛이 총 20이라고하면 투과가 6 , 흡수가 8이되며 반사가 6이되는데 즉 코팅막에서 반사되는 것과 렌즈에서 반사되는 것 총 반사되는 것이 6이되는 것인데 보강 간섭이 안되어도 렌즈와 코팅막에서 나가는 총 양은 항상 6이되는 것인데 보강간섭이 아니더라도 나가는 빛의 양은 6으로 같은거 아닌가요?? 궁금증좀 풀어주세요~~ 그럼 안녕히계십시요!!

빛이 코팅된 렌즈에 들어가면 반사가 되는데, 반사는 두 부분에서 일어난다. 하나는 코팅의 표면이고, 다른 하나는 렌즈의 표면이다. (물론 렌즈를 다 지나쳐서 반대쪽 표면에서 반사되는 것도 있긴 하지만, 그건 넘어가자.) 이때, 반사되는 면이 얼마나 반사하는지는 모르겠다. 그건 물질마다 다르다. 중요한건, 반사하는 코팅의 막 두께에 따라서 반사되는 빛의 양이 달라진다는 점이다. 이것은 빛의 파동성 때문이다. (참고로 물질마다 반사되는 양이 달라지는건 빛의 입자성 때문이라고 할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 금속같은 것들은 빛을 거의 100% 반사한다.

이 글에서는 좀 더 분명하게 설명해 보려고 시도하도록 하겠다.

처음에 빛이 A만큼 들어왔다고 하자. 박막 표면에서 반사된 빛이 B라고 하고, 렌즈 표면에서 반사된 빛이 C라고 하자. 그럼, 당연히 A-(B+C)만큼의 빛이 통과하였을 것이다. 과연 그런가?

이렇게 생각하는건 간섭 효과를 고려하지 않았을 경우이다.

간섭 효과 자체를 다시 살펴보자. B라는 진폭을 가지는 빛과 C라는 진폭을 가지는 빛이 만났다면, 이 두 빛이 간섭을 일으켰을 때, 보강간섭을 일으킨다면 얻을 수 있는 최대 진폭은 얼마일까? 당연히 B+C이다. 반대로, 상쇄간섭인 경우에는 |B-C|이다. 여기서 |x|는 x의 절대값이다. (여기서, B가 더 큰가 C가 더 큰가에 관한 질문이 첫번째 질문이다. 이건 진짜 그때그때 다르다.)

따라서, 반사된 두 빛이 완전히 상쇄간섭을 하게 된다면, A-|B-C|만큼의 빛이 투과하게 된다. A-(B+C)만큼 투과하는 경우는 완전 보강간섭이 일어났을 경우이다. (물론 빛의 파장에 따라서, 박막의 두께에 따라서 실제 반사되는 빛의 양은 달라질 것이다. 여기서는 "자외선"이라고 부르는 특정한 파장 대역에 대해서만 논의하자.)

질문하신 분이 들어준 예를 살펴본다면, 20의 빛이 들어왔고, 박막에서 4만큼의 빛이 반사되고 렌즈에서 2만큼의 빛이 반사된다면, 보강간섭이 일어났을 경우에는 6만큼이 반사되어 14만큼의 빛이 투과할 수 있는데, 상쇄간섭이 일어난다면 4에서 2가 상쇄되고 2만이 반사되어, 결과적으로 18의 빛이 들어오게 된다. 이건 렌즈에서 원래 반사시키는 것과 마찬가지이고, 코팅이 의미가 없게 된 경우이다.

즉, 박막에서 최대한의 보강간섭이 일어나봐야 얻을 수 있는 최적의 반사율은 원래 렌즈 표면의 반사율과 박막 표면의 반사율을 합한 것 밖에 되지 않는다. 그럼, 박막을 왜 쓸까? 반사가 더 잘되어야 하는거 아닌가?

박막이 없으면 렌즈만으로 얻을 수 있는 반사율은 당연히 박막과 합쳐졌을 때 나오는 반사율보다 작다. 자외선 반사를 더 크게 하기 위해서는 자외선을 반사해주는 다른 물질을 덧씌워야 한다. 하지만 그렇다고 해서 이 물질의 코팅을 너무 두껍게 하면 다른 빛도 통과하지 못할 수 있다. 그럼 얇게 해야 하는데, 무턱대고 얇게 하다가, 만약 이게 두께가 기가막히게 맞아떨어져서 반사되는 빛이 상쇄간섭이 이뤄진다면, 이 코팅 렌즈는 자외선 영역에 대해 100% 투과율이 보장되는 멋진 렌즈가 될 수 있다. 이런걸로 안경을 만들었다간 당신의 망막이 타버릴 것이다. 따라서, 박막을 씌울거면 최적의 두께로 덧씌워야 하는데 그 두께가 바로 보강간섭이 일어나는 두께이다.

물론 반대로 상쇄간섭을 최대화 시켜서 렌즈를 만드는 경우도 있다. 카메라 렌즈에 쓰이는 무반사 코팅이 바로 그것이다. 이 경우에는 빛이 너무 어두운 경우에 그나마 없는 빛이라도 최대한 투과시켜서 조금 더 밝게 사진이 찍히도록 하기 위한 것이다.

박막 간섭에 대해서는 이곳에서 좀 더 자세히 공부해 볼 수 있다.
http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/optics/interference/thinfilm/thinfilm2.html
by snowall 2010.03.18 00:36
  • 차가운달의그림자 2010.03.18 10:39 ADDR EDIT/DEL REPLY

    역시 넌 내가 알고 있는 인간중 가장 천재 정도 ㅋ

    • snowall 2010.03.18 15:45 신고 EDIT/DEL

      ㅋㅋ내가 아는 사람 중에 넌 가장 ... 뭔가 있어.

  • 공부하다가.. 2016.11.12 22:21 ADDR EDIT/DEL REPLY

    투과되는 빛의 '양'에 대한 문제인데, 반사된 빛의 간섭이 왜 영향을 끼치는건가요..? 완전상쇄간섭의 경우에 A-|B-C| 는 반사된 빛의 '진폭'에 대한 사안인데, 이것이 우리가 말하는 '빛의 양'과 같은 개념이라고 봐야하는 건가요..?ㅜㅜ 또 뭔가 이미 C에서 반사된 빛인데, B와 C가 만나서 상쇄가 되어 최종적으로 그 차이만큼의 양이 투과되었다고 보는 개념도 일반적으로 이해할 수 있는 개념이 아닌것 같습니다.ㅜㅜ

    • snowall 2016.11.13 11:33 신고 EDIT/DEL

      진폭은 빛의 밝기이므로 빛의 양과 같은 개념입니다.
      상쇄간섭이든 보강간섭이든 두 빛의 밝기와 위상에 따라 투과율과 반사율이 변하게 됩니다. 이걸 정확히 계산하려면 파동광학을 도입해서 생각해 봐야 하고요. 자세한 계산은 일반물리학 광학 부분에 나오니까 참고하시면 좋겠습니다.

  • 은비 2017.03.01 03:20 ADDR EDIT/DEL REPLY

    글 잘읽었습니다.UVA를 투과시키는 플라스틱은 어떤것이 있을까요?테프론(PTFE)제외하고말입니다.감사합니다.