빛은 무엇인가?
이번 글에서는
Light (빛)
에 대하여 살펴보겠습니다.
빛은 전자기파
에너지의 한 형태입니다.
즉, 전자기파로서
공간을 통해 전파되며,
가시광선,자외선,적외선 등
다양한 파장으로 존재하여
물질과 상호작용하여
열,화학 반응,전기적 신호 등
다른 형태의 에너지로
변환될 수 있습니다.
빛은 입자와 파동의 성질을
동시에 가지고 있다는
특징도 매우 중요합니다.
빛의 입자 성질
빛의 입자 성질을
살펴보겠습니다.
빛을 입자를 Photon
이라고 합니다.
Photon은 질량을
가지고 있지 않습니다.
진공에서는 c 의
속도로 이동합니다.
빛의 입자 에너지는
플랑크 상수와
주파수의 곱으로
표현할 수 있습니다.
빛의 파동 성질
빛의 파동 성질을 살펴보겠습니다.
시간축 t, 공간축 z, Electiric field 축 e, 로
구성된 3차원에서
공간축 위에서 파동의
진행 방향의 한 주기를
(Wavelength) 파장이라고 합니다.
시간축 위에서 Temporal wavelength 를
역수를 취하게 되면
(Temporal frequency) 주파수라고 합니다.
Dispersion relation 은
진공 상태에서 파동의 주파수와
속도 사이의 관계를 설명합니다.
(빛의 속도 c 는 고정)
빛의 파동은 3차원으로 퍼져나갑니다.
빛의 전파와 공간적 특성
Time = 0 일 때,
공간상에서 빛의 파동이
움직이는 그림입니다.
빛은 진행 방향에
수직으로 진동하게 됩니다.
Homogeneous 는 공간의 상태가
균일하다는 의미입니다.
다양한 색을 가진 빛은
여러가지 파장의 길이를 가지고 있습니다.
따라서,
시작점은 동일하지만,
시간이 지날수록 점점
차이가 벌어지게 됩니다.
Coherent vs Incoherent Light
동그란 백색광은
다양한 빛의 색이,
다양한 위치에서
나오기 때문에,
Incoherent light 입니다.
핀홀 구조를 통과한 빛은
모두 동일한 동심원을 갖기 때문에
Spatially coherent 합니다.
하지만, 아직 Temporally coherent
하지는 않습니다.
(다양한 색이 있기 때문에)
여기에서 특정 필터까지
지나게 된다면
Spatially and Temporally Coherent 한 빛이 됩니다.
Laser 가 다양한 실험에서
사용되는 이유도
Coherent (일관성) 있는 빛이기
때문입니다.
빛을 해석하는 네 가지 방식
빛을 설명하기 위한
4가지 다른 방법이 있습니다.
Ray, Wave, Electromagnetic, Quantum
각각 빛을 해석하는 방법이 다르며,
Ray Optics 방법이 가장 직관적이고
쉽기 때문에 자주 사용하게 됩니다.
그런 건 난 잘 모르겠고,
빛은 입자와 파동 성질을
모두 가진 전자기파 에너지
참고자료
Slide credit : SEUNG-HWAN BAEK