공부한 것들을 정리할 겸 해서, 빛의 특성을 나타내는 용어에 대해 알아보자.


빛의 특성은 다음과 같은 것들을 알면 된다.


기본적으로, 빛은 파동이기 때문에 파장과 진폭이 중요한 변수이다. 또한, 위상이라는 것도 매우 중요하다.


위상 - 빛은 전기장과 자기장이 공간속을 지나가는 파동인데, 이 때, 특정 지점에서의 위상은 전기장이나 자기장이 커지는 상태인지 작아지는 상태인지, 그리고 진폭에 대해서 얼마나 큰지 작은지를 알려주는 값이다.


파장 - 시간이 흐르지 않는다고 가정할 때, 빛이 얼마만큼 진행해야 같은 위상으로 다시 돌아오는지 알려주는 값이다. 


파수 - 같은 거리에 몇개의 파장이 들어가 있는지 알려주는 값이다.


진동수 - 공간상의 한 지점에서, 1초동안 얼마나 자주 같은 위상으로 돌아오는지 알려주는 값이다.


주기 - 진동수의 역수. 같은 위상으로 되돌아오는데 걸리는 시간이다.



파장과 파수는 역수 관계이고, 진동수와 주기도 역수 관계이다. 즉, 서로 둘을 곱하면 1이 된다는 뜻이다.


위상속도 - 특정 파장에서 빛이 진행하는 속도. 파장을 주기로 나눈 값이거나, 진동수를 파수로 나눈 값이다. 아니면 파장과 진동수의 곱이거나. 진공중에서의 위상속도는 c라고 표시하고, 정해져 있는 값이다. 


굴절률 - 진공중에서의 빛의 속도를 위상속도로 나눈 값. 진공의 굴절률은 1이다. 보통의 물질은 굴절률이 1보다 크다. 스넬의 법칙과 브루스터의 법칙에서 등장한다.


분산 - 굴절률이 파장에 따라 달라지는 현상. 또한, 굴절률을 파장으로 미분한 값이다. 군속도와 관련이 있다. 그리고 이것 때문에 펄스가 물질 안에서 더 짧아지거나 더 길어지는 현상이 나타난다. (Chirp)


군 속도 - 펄스 모양의 빛이 있을 때, 펄스의 꼭대기가 진행하는 속도. 파수를 진동수로 미분한 값의 역수이다. 아니면 진동수를 파수로 미분하거나.


군 굴절률 - 진공중에서의 빛의 속도를 군속도로 나눈 값. 


군 속도 분산 - 군 굴절률이 파장에 따라 달라지는 현상. 군 굴절률을 파장으로 미분한 값이다.


빛의 속도들과 굴절률들과 분산들은 서로 미분의 관계에 있다. 직접 유도해 보자.


진폭 - 빛의 전기장이 가장 센 부분에서의 전기장의 세기. 자기장도 파동으로 진행하기 때문에 자기장의 진폭으로 얘기할 수도 있지만, 어차피 전기장과 자기장은 맥스웰 방정식으로부터 어느 하나를 알면 다른 하나도 알 수 있기 때문에 주로 전기장의 진폭을 이야기한다.


밝기 - 빛의 진폭의 절댓값의 제곱. 우리가 말하는 빛의 밝기 맞다.


스펙트럼 - 파장에 따른 빛의 밝기. 파장에 따라 빛이 다른 밝기를 갖고 있는데, 밝기를 파장의 함수로 나타낸 것이 스펙트럼이다.


스펙트럼 밀도 - 단위파장 당 스펙트럼의 크기. 스펙트럼을 파장으로 미분한 값이다.


스펙트럼 폭 - 스펙트럼은 보통 하나의 봉우리를 기준으로 산 모양을 이룬다. 이 때, 얼마나 넓은지 나타내는 수치. 보통 반치전폭(FWHM)을 쓰는데, 최댓값의 절반이 되는 위치에서의 양쪽 폭의 길이를 나타낸다.


펄스 / 연속파 - 빛이 잠시 번쩍 했다가 사라지는 것을 펄스라 부르고, 지속적으로 방출되는 것을 연속파라고 한다. 


펄스의 특성은 다음과 같은 값들로 나타낸다.


펄스폭 - 펄스 하나가 번쩍했다가 사라지는 시간의 길이다. 마찬가지로 최댓값에 대해 절반이되는 순간들 사이의 간격을 이야기하거나, 10분의 1이되는 순간들 사이의 간격을 부른다. 어떤 의미로 사용되었는지는 문헌마다 다르다.


반복률 - 펄스가 1초당 몇번이나 반복되는지 알려주는 수치이다.


대조비 - 펄스의 가장 밝은 부분에 대해서 두번째로 어두운 부분이 얼마나 어두운지 알려주는 값. 두번째로 어두운 부분이 어디인가는 정하기 나름이다. 이 말이 나오면 그 근처를 잘 읽어보자.


편광 - 빛은 전기장의 파동인데, 전기장은 벡터이기 때문에 파동에 방향이 존재한다. 진행방향에 수직인 평면에 존재하는 벡터의 방향을 말한다.


선편광 - 편광 방향이 파동이 진행하면서 변하지 않는 경우.


원편광 - 편광 방향이 파동이 진행하면서 회전하는 경우. 왼쪽 원편광과 오른쪽 원편광으로 나누어진다.


타원편광 - 선편광과 원편광이 섞인 경우. 왼쪽 타원편광과 오른쪽 타원편광으로 나누어진다.


공간모드 - 빛이 공간을 진행하는 경우, 어떤 모양을 갖고 진행하게 되는데, 이 때 그 모양의 생김새. 


빛이 레이저인 경우 다음과 같은 특성도 볼 수 있다.


결맞음성 - 빛은 하나의 빛이 아니라 여러개의 빛의 합성으로 볼 수 있는데, 만약 그 빛들의 위상차이가 일정하게 유지된다면 빛은 서로 간섭할 수가 있다.


빛으로 뭔가 실험할 때는 위에 나타난 빛의 특성을 잘 파악하고 사용해야 한다. 그나저나 이런거 다 알고 있으면 나부터 좀 잘해야지...

by snowall 2015.02.09 23:30