빛에 대한 요약정리

소개글

빛에 대한 요약정리에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 빛에 대한 정의

2. 빛의 전파

3. 빛의 직진과 반사, 그리고 굴절

4. 간섭과 회절

5. 분산

6. 편광

7. 빛의 입자설과 파동설

8. 빛의 양자론

9. 광속의 측정

10. 빛의 세기

11. 빛의 횡파

12. 전자기파로서의 빛

13. 빛의 이중성

14. 레이져광과 전기쌍극자 상호작용

본문내용

전자의 파동성이 실증됨으로써 입자로만 생각되었던 전자에서도 확인되었다. 현대에 있어서는 빛의 이중성이 1920년대에 확립된 양자역학에 의해 아무런 모순없이 설명되고 해석될 수 있게 되었다.
14. 레이져광과 전기쌍극자 상호작용
원자핵 주위의 전자의 분포 상태에 따라서 원자는 갖가지 값의 에너지준위를 가진다. 어느 두 준위의 에너지의 차 Δ에 대응하는 진동수 Δ/인 빛(즉, 흡수될 수 있는 단색광)을 원자에 쬐면, 이 빛이 흡수되어서 원자는 높은 에너지준위의 상태로 된다. 그리고 이 높은 에너지준위 상태의 원자는 곧 짧은 시간 동안에 에너지를 잃고 원래의 낮은 에너지준위 상태로 되돌아가는데, 이때 잃게 된 에너지는 쬔 빛의 진동수와 똑같은 진동수의 빛이 되어 방출된다. 이와 같이 일반적으로 외부에서 조사(照射)된 빛 등 전자기파의 자극에 의해 원자·분자에서 조사된 것과 똑같은 진동수의 빛·마이크로파 등 전자기파가 방출되는 것을 ＜유도방출＞이라 하는데, 이것은 1916년 아인슈타인에 의해 이론적으로 확인되었다. 유도방출에 대해 외부로부터의 작용과는 관계없이 원자·분자에서 빛 등 전자기파를 방출하여 높은 에너지준위의 상태에서 낮은 에너지준위의 상태로 되는 것을 ＜자연방출＞이라 한다. 레이저광은 유도방출을 이용해서 방출시키는 인공광으로 레이저광의 광원(發振器；증폭기)을 ＜레이저＞라 하는데, 레이저라는 명칭은 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(유도방출에 의한 광증폭)의 머리글자로 나타낸 약칭이다(원래 유도방출에 의한 전자기파 발진기를 메이저라 했었는데, 지금은 보통 빛 발진기를 레이저, 마이크로파발진기를 메이저라 하게 되었다). 레이저광 발진의 과정·장치를 간추리면 다음과 같다. ① 섬광램프(플래시방전관), 전극 등에 의한 고전기장 등으로 광원에 에너지를 공급하여 광원의 많은 원자들로 하여금 높은 에너지준위 상태로 되게 한다. ② 높은 에너지준위의 원자들에서 자연방출에 의해 진행 방향이 여러 방향인 빛이 방출된다. ③ 자연방출에 의해 방출된 빛 중 광원 원자에 흡수될 수 있는 진동수의 빛, 또는 외부에서 조사된 흡수될 수 있는 진동수의 단색광의 자극에 의해서 유도방출이 일어나 진동수가 같은 빛이 방출된다. ④ 유도방출에 의해 방출된 빛이 광원 양편에 장치된 거울 사이를 반사에 의해 왕복하는 현상이 반복됨으로써 유도방출도 반복되어 이 결과 강한 레이저광이 발진된다. 레이저광은 빛들이 모두 진동수가 같고 위상이 균일하여 간섭성이 매우 높을 뿐만 아니라, 지향성도 매우 높아 퍼지지 않는 강한 단색 인공광이다. 최초의 레이저광은 1960년 원기둥 루비 결정 원자에 섬광램프로 에너지를 공급하는 ＜고체레이저＞에서 발진되었는데, 이것의 레이저광은 사용상 불편한 펄스광이었다. 1961년에는 헬륨과 네온의 혼합기체를 유리관(방전관)에 봉입한 헬륨-네온레이저라는 ＜기체레이저＞가 개발되었다. 이것은 전극에 의한 고전기장에서의 기체방전으로 원자의 높은 에너지준위 상태를 형성하게 되어 있으며, 사용상 편리한 연속 발진광을 낸다. 또 1962년에는 반도체 p-n접합부에 전류를 흘려넣어 레이저광이 발진되게 하는 ＜반도체레이저＞가 개발되었는데, 이로써 레이저의 소형화가 실현되었다. 그런데, 맨 처음에 발명된 반도체레이저는 펄스발진이고 냉각해야 하는 등 불편한 것이었다. 그러나 1970년에 비소화갈륨 GaAs를 p형과 n형의 비소화알루미늄갈륨 AlGaAs(는 1∼2)의 중간에 더블헤테로접합(DH접합)을 한 ＜비소화알루미늄갈륨레이저＞가 개발됨으로써 반도체레이저에 의한 실온에서의 연속 발진이 가능해졌다. 레이저광의 높은 지향성은 터널·철교 공사 등에서의 토목측량 등에 이용되고 있고, 또 미세한 부분에 강한 빛을 집중할 수 있어 비디오디스크, 레이저프린터 등에 의한 고밀도 정보 기록·재생, 경질(硬質) 물질의 정밀절단·가공, 레이저메스(laser surgical knife)에 의한 지혈, 병적 조직 제거 등에 이용되고 있다. 한편, 레이저광의 높은 간섭성은 홀로그래피에 의한 새로운 입체영상 표현에 이용되기 시작했는데, 이는 앞으로 정보 처리, 예술 등 여러 분야에 활용될 것이다. 이 밖에도 레이저광의 높은 단색성, 레이저에 의한 극히 짧은 광펄스 조성 등은 광섬유 통신에 활용되고 있다. 또 레이저로는 높은 출력의 여러 가지 파장의 빛을 만들 수 있으며, 일정 파장의 레이저광은 화학반응 유도에 의한 새로운 물질의 합성, 대기의 기체 분석에 의한 대기오염 감시 등에 이용되고 있다.
빛과 물질의 상호 작용은 물질 속의 하전입자(荷電粒子)의 가속으로 발생한다. 이런 현상 중 주된 것이 전기쌍극자 상호작용이다. 빛의 전기장에 의해서 물질의 전기쌍극자모멘트의 진동이 들뜬 상태로 되면 빛이 흡수되고, 전기쌍극자모멘트가 자발적으로 진동하면 빛이 방출된다. 인공적인 전기쌍극자의 예로 전파를 방출하는 송신소 안테나를 들 수 있다. 진동수 로 진동하는 전기쌍극자모멘트 에서 단위시간에 방출되는 전자기파 에너지는 (4/3)이다. 안테나에 흐르게 하는 전류의 진동수는 빛의 진동수만큼 크지 않지만, 적외선의 진동수는 분자진동의 진동수 영역에 포함되고 가시광선의 진동수는 원자내 전자의 운동에 의한 전기쌍극자모멘트의 진동수 영역에 포함된다. 단파장인 자외선은 하전입자를 인공적으로 가속하여 발생한다. 싱크로트론이라는 가속기에서는 자기장에 의해 전자의 운동 궤도를 굽어지게 하는데, 이때 가속도가 가해지게 됨으로써 궤도의 접선 방향으로 궤도면에 평행한 편광이 방출된다. 이 현상을 ＜싱크로트론복사＞라 하며, 이에 의해 방출되는 빛(전자기파)을 ＜복사광＞이라 한다. 싱크로트론에서의 복사광 발생은 가속기로서의 성능을 한정되게 하는 손실요인이긴 하지만, X선, 연질X선, 진공자외선[遠紫外線(원자외선)], 가시광선, 적외선 등 넓은 영역에 걸친 연속스펙트럼 분포를 가진 강력한 빛인 복사광의 이용 가치가 많다는 것이 1960년경 밝혀졌고 최근에는 복사광을 얻기 위한 싱크로트론인 ＜전자저장링＞이 만들어져, 여기서 얻어지는 복사광이 과학 실험 또는 공업 가공기술로서 널리 활용되고 있다.

키워드

빛,   빛의 정의,   빛의 전파,   반사,   굴절