빛의 양자론

본문내용

에는 아래 그림처럼 필름의 한 부위에 평면파를 비춘다. 필름의 회절무늬의 역푸리에 상인 원래의 비트패턴이 CCD 어레이에 비추어져서 원래의 데이터를 읽어 내게 된다.
역푸리에 변환에 의한 영상의 재생
각각의 격자에 한 프레임의 비트패턴의 푸리에 변환상이 기록된 필름을 공학적으로 역푸리에 변환시켜 원래의 비트패턴을 재생해 낸다.
다중 홀로그램의 방법을 이용한 데이터 기록장치
홀로그래피의 기본원리 의 "반사형 홀로그래피" 에서 보인 것처럼 두꺼운 필름에 홀로그램을 기록하면 정보가 큰 부피에 분산되어 기록되므로 신호가 미약하거나 겹쳐도 뚜렷한 상을 얻을 수 있다. 이러한 홀로그램을 일반적으로 두꺼운 홀로그램(립만 홀로그램) 이라 한다. 이러한 두꺼운 필름에는 기준파를 달리하여 여러 물체를 겹쳐서 촬영할 수 있다.
이 홀로그램에 원래 기록시 사용했던 하나의 기준파를 비추면 그 상황에서 촬영한 물체의 모습을 재생할 수 있게 된다. 즉 한 필름에 수 천개까지의 물체를 다중촬영할 수 있고, 또한 각각의 물체를 따로따로 재생할 수 있는 것이다.
아래 그림은 다중 홀로그램의 원리를 이용한 데이터 저장장치의 원리를 보여주고 있다. 여기서 서로 다른 기준파 를 만드는 한가지 방법으로는 각각의 다른 물체를 기록할 때 기준파의 각도를 변화시키는 방법(angle multiplexing)을 쓰고 있다. 이 방법을 이용하면 공간광변조기 에 기록되어 나타난 비트패턴의 수천 페이지의 홀로그램을 하나의 입방체에 기록하여 재생할 수 있게 된다. 수천개의 정보는 동일한 장소에 기록되어 있으므로 매우 빠르게 기록 및 재생이 가능하게 되는 것이다. 　
위의 그림에서 빔분리기가 물체파 와 기준파 를 만들어 낸다. 물체파는 기록하고자 하는 정보를 담고 있는 비트패턴에 비추어진다. 이 비트패턴은 격자모양의 투명한 부분과 불투명한 부분으로 되어 있고, 이는 공간광변조기에 의해 외부에서 공급된 입력신호에 의해 만들어 진다.
아래 그림은 위의 방법으로 기록한 필름으로부터 데이터를 판독해 내는 방법을 보여주고 있다. 물체파는 제거되어 있고 필름에 기준파만 비추면 마치 필름 너머에 비트패턴이 있는 것 같은 상황을 만들어 내게된다. 이 영상을 CCD 어레이에 비추어 이의 각 화소에서 한 장에 포함되어 있는 정보를 읽어내게 된다.
한편 회전거울이 고속으로 회전하고 있어 각각의 각도에서 기록된 비트패턴이 따로따로 읽혀지게 되므로 엄청난 양의 정보를 읽을 수 있게 된다.
다중노출의 기법을 이용하여 미소변위나 진동을 측정한다.
홀로그래피는 기본적으로 입체의 영상을 기록하는 이상적인 방법이지만 앞에서 설명한 다중노출의 기법 을 이용하면 물체의 미소변위를 파장 정도의 정밀도로 측정해 낼 수 있다. 하나의 홀로그램에 변위가 일어나기 전과 일어난 후를 같은 기준파로 기록해 두고 이 홀로그램을 그 기준파로 조명하면 두 개의 허상이 공간에 겹쳐져 있는 것처럼 관측된다. 이 각각의 상에서 나온 빛은 우리 눈으로 괸측하면 서로 간섭이 일어나서 물체의 표면에 얼룩 무늬가 나타나는 것이다.
다음의 그림을 보자. 물체의 표면에 열이나 힘이 가해져서 미소 변위가 일어난 경우 변위가 일어나기 전과 일어난 후에 대해 두 번 노출을 하게 되면 두 물체의 모습이 홀로그램에 기록될 것이다.
기준파를 비추면서 관측점에서 홀로그램 너머로 상을 관측하면 허공에 두 물체가 겹쳐서 나타날 것이다. 이때 두 상에서 나온 빛은 물론 조명하고 있는 레이저와 같은 파장의 빛이어서 서로 간섭성을 가지고 있다.
예를 들어 그림의 A, B 두 지점에서 나온 빛은 관측점에서 포개어져 나타나기 때문에 두 점의 위치 차이에 따라서 보강간섭을 하거나 상쇄간섭을 하여 등고성 형태의 간섭무늬를 관측할 수 있게 된다.
진동의 측정
한편 빠르게 진동하고 있는 물체의 경우 이를 홀로그램으로 평범하게 촬영하면 필름위에 생기는 간섭무늬가 그 진동 때문에 빠르게 변화되어 홀로그램이 제대로 기록되지 않는다. 그러나 규칙적으로 진동하고 있는 물체의 경우에는 여러 다른 기법을 이용하여 홀로그램을 기록하여 진동의 모드나 진폭을 측정할 수 있는 방법이 있다.
즉, 진동수에 동기 시켜 일정한 시간간격으로 물체에 조명하는 스트로보스코프의 원리를 이용하는 방법을 생각할 수 있다. 조명하는 레이저로서 동기 된 펄스를 만들어 내는 펄스레이저를 사용하거나 광변조기를 사용할 수 있다.
즉, 진동의 최고, 최저의 두 정점에 물체가 이르렀을 때 레이저가 조명되어 두 위치에서의 상이 극히 짧은 순간 기록된다. 이러한 노출이 무수히 겹쳐서 홀로그램상에는 충분한 노출에 이르게 되어 이를 재생하면 각 정점에서의 상이 겹쳐 나타나고, 앞에서 설명했던 원리로 진폭에 따라 밝고 어두운 간섭무늬가 관측되는 것이다.
원판의 진동을 앞에서 설명한 홀로그래피 간섭을 이용하여 촬영한 사진이다. X자의 밝은 부분은 진동시 변위가 일어나지 않아 보강간섭을 하여 밝게 보이고 있고, 나이테 부분은 진동을 크게 하여 밝고 어두운 무늬가 촘촘하게 나타나 있다. ('고무막의 진동' 에서 설명한 원형막의 진동의 (2,1) 모우드 진동이다)
홀로그램 스캐너
바 코드(bar code)에 기록된 숫자를 빠른 속도로 읽어 주는 스캐너는 대형 슈퍼마켓에서 상품을 인식하는데 널리 쓰이고 있다. 이 스캐너 윗 면은 유리로 되어 있어 여기에 물체를 대충 놓아두면 아래의 레이저 빛이 회전 다면경에 의해 빠르게 스캔(주사)되어 바코드의 부호를 알아내게 된다.
여기의 회전 다면경은 우수한 주사기지만, 높은 정밀도를 요하기 때문에 가격이 비싸진다. 그래서 싼 주사기로서 복제가 용이한 홀로그램을 이용하고 있다.
이 원리는 한점에 수렴하는 파면을 홀로그램에 기록하고 홀로그램을 움직이면 재생된 상의 위치를 움직일 수 있다는 것에 기초하고 있다. 렌즈에 의해서 광원에서 나오는 빛을 상으로 보낼 때 렌즈로 광축에 수직되게 움직이면 상도 수직으로 이동한다.
홀로그램도 마찬가지로 상대위치를 움직이면 상의 위치를 이동시킬 수 있다. 원판의 주변에 홀로그램을 나열해서 회전축을 중심으로 해서 움직이면 상의 위치가 이동되며 회전다면경과 같은 역할을 해낼 수 있다.

키워드

레이져,   빛,   빛의 양자론