광학기사 필기 기출문제복원 (2003-08-10)

광학기사 2003-08-10 필기 기출문제 해설

이 페이지는 광학기사 2003-08-10 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

광학기사
(2003-08-10 기출문제)

목록

1과목: 기하광학 및 광학기기

1. 빛의 성질에 관한 내용중 틀린 것은?

  1. 입자적 성질을 나타내는 현상은 광전효과와 컴프턴(compton)효과가 있다.
  2. 전자기파이며 빛이 직진하는 성질 때문에 반사와 굴절 된다.
  3. 빛의 파동 성질을 나타내는 현상은 간섭과 회절이 있다.
  4. 빛은 음자(phonon)의 흐름이다.
(정답률: 70%)
  • 빛은 전자기파의 일종이며 광자(photon)의 흐름입니다. 음자(phonon)는 결정 격자의 진동을 양자화한 개념으로 빛과는 무관합니다.
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2. 초점거리 f인 얇은 볼록렌즈로 배율의 크기 m을 얻기 위하여 물체거리 s를 어떻게 두면 되는가?

  3. s = (m + 1)f
(정답률: 73%)
  • 렌즈의 배율 $m$은 물체거리 $s$와 초점거리 $f$의 관계식으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $s = \frac{m+1}{m}f$
    ② [숫자 대입] (변수 그대로 대입)
    ③ [최종 결과] $s = \frac{m+1}{m}f$
    따라서 정답은 입니다.
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3. 천체망원경 대물렌즈의 초점거리가 40㎝, f수가 5 이다. 평행한 광선이 들어오고 바깥쪽 눈동자의 직경이 2㎝일 때 접안렌즈의 초점거리와 망원경의 배율을 구하면?

  1. 10㎝, 4배
  2. 8㎝, 3배
  3. 5㎝, 2배
  4. 2㎝, 1배
(정답률: 62%)
  • 대물렌즈의 f수와 초점거리를 이용해 유효구경을 구하고, 이를 통해 접안렌즈의 초점거리와 망원경의 배율을 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $D = f_{obj} \div F$
    $f_{eye} = D_{exit} \times F$
    $M = f_{obj} \div f_{eye}$
    ② [숫자 대입]
    $D = 40 \div 5 = 8$
    $f_{eye} = 2 \times 5 = 10$
    $M = 40 \div 10 = 4$
    ③ [최종 결과]
    $f_{eye} = 10\text{cm}, M = 4\text{배}$
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4. Fraunhofer 망원경의 시계 스톱(field stop)의 위치는 어디에 두는 것이 가장 적절한가?

  1. 대물경의 첫째면
  2. 접안경의 마지막면
  3. 대물경의 초평면(focal plane)
  4. 접안경 뒤 눈의 위치(eye relief)
(정답률: 알수없음)
  • Fraunhofer 망원경에서 시계 스톱(field stop)은 관찰되는 시야의 범위를 제한하는 역할을 하며, 상이 맺히는 지점인 대물경의 초평면(focal plane)에 위치시키는 것이 가장 적절합니다.
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5. 굴절률이 1.5, 양면의 곡률반경이 10㎝로 동일한 얇은 양볼록렌즈를 만들었다. 이 렌즈의 굴절능(power)은?

  1. +1.5D
  2. +10D
  3. +15D
  4. +30D
(정답률: 73%)
  • 굴절능(Power)은 초점거리의 역수이며, 렌즈 제작자 공식을 통해 구할 수 있습니다. 곡률반경 $10\text{cm}$는 $0.1\text{m}$로 환산하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] 그것은 $P = (n-1) ( \frac{1}{R_{1}} - \frac{1}{R_{2}} )$
    ② [숫자 대입] 그것은 $P = (1.5-1) ( \frac{1}{0.1} - \frac{1}{-0.1} )$
    ③ [최종 결과] $P = 10$
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6. 단일렌즈에 광축에서 높이 h인 곳에 입사하는 광선과 2h인 곳에 입사하는 광선의 횡구면 수차의 비는?

  1. 1 : 0.5
  2. 1 : 2
  3. 1 : 3
  4. 1 : 4
(정답률: 65%)
  • 단일 렌즈의 횡구면 수차(Transverse Spherical Aberration)는 입사 광선의 높이 $h$의 세제곱에 비례합니다.
    ① $ TSA \propto h^3 $
    ② $ \frac{TSA_1}{TSA_2} = \frac{h^3}{(2h)^3} $
    ③ $ \frac{TSA_1}{TSA_2} = \frac{1}{8} $
    ※ 제시된 정답 1 : 4는 일반적인 $h^2$ 비례 관계나 다른 조건이 적용된 것으로 보이나, 표준 이론상 $h^3$에 비례하여 $1 : 8$이 도출됩니다. 다만 공식 정답인 1 : 4를 따를 경우 높이의 제곱에 비례하는 특수 상황으로 해석됩니다.
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7. 굴절율 1.5인 매질속에서 점광원으로부터 30㎝ 떨어진 지점에 도달한 광파의 환산버전스(reduced vergence) 값은?

  1. -5.0 디옵터
  2. -4.5 디옵터
  3. -3.3 디옵터
  4. -2.0 디옵터
(정답률: 알수없음)
  • 환산버전스는 매질의 굴절률을 고려하여 광파의 발산 정도를 나타내는 값으로, 점광원에서 나가는 빛은 발산하므로 음의 값을 가집니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{-n}{d}$
    ② [숫자 대입] $V = \frac{-1.5}{0.3}$
    ③ [최종 결과] $V = -5.0$
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8. 버전스(vergence)에 관한 다음 설명 중 바르게 기술된 것은?

  1. 발산광의 버전스는 양의 부호를 갖는다.
  2. 평면파의 버전스는 무한대이다.
  3. 버전스의 크기가 클수록 파면의 곡률이 작다.
  4. 볼록렌즈를 통과한 광파의 버전스는 입사광의 버전스보다 크다.
(정답률: 34%)
  • 버전스는 파면의 곡률 반지름의 역수로 정의되며, 수렴광은 양(+), 발산광은 음(-)의 부호를 갖습니다. 볼록렌즈는 빛을 수렴시키는 성질이 있으므로, 통과 후의 버전스 값은 입사 전보다 증가하게 됩니다.

    오답 노트
    발산광: 음의 부호를 가짐
    평면파: 곡률 반지름이 무한대이므로 버전스는 $0$
    버전스 크기: 클수록 곡률 반지름이 작아짐
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9. 공기에서 수면과 유리면으로 광선이 수직입사하는 경우, 반사광선의 세기를 각각 Iw와 Ig라고 할 때, 다음 설명중 맞는 것은? (단,물의 굴절율은 4/3, 유리의 굴절율은 3/2이다.)

  1. Iw = Ig
  2. Iw > Ig
  3. Iw < Ig
  4. 답이 없다.
(정답률: 64%)
  • 수직 입사 시 반사율은 두 매질의 굴절률 차이가 클수록 커집니다. 물의 굴절률은 $4/3$이고 유리의 굴절률은 $3/2$이므로, 공기($n=1$)와의 굴절률 차이는 유리가 더 큽니다. 따라서 유리의 반사광 세기 $I_g$가 물의 반사광 세기 $I_w$보다 큽니다.
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10. 두께 12mm인 유리(n =3/2)로 만든 어항에 물(n =4/3)이 높이 24mm만큼 담겨 있다. 어항이 마루바닥에 놓여 있을 때 수면위에서 수직으로 바닥을 내려다 보면, 마루바닥은 수면으로부터 얼마의 깊이로 보이는가?

  1. 18mm
  2. 26mm
  3. 36mm
  4. 50mm
(정답률: 75%)
  • 겉보기 깊이는 실제 깊이를 매질의 굴절률로 나눈 값들의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $d' = \frac{d_1}{n_1} + \frac{d_2}{n_2}$
    ② [숫자 대입] $d' = \frac{24}{4/3} + \frac{12}{3/2}$
    ③ [최종 결과] $d' = 18 + 8 = 26$
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11. 얇은 볼록렌즈의 전방 20㎝지점에 놓인 물체로부터 나온광선이 렌즈를 통과한 후 렌즈의 후방 80㎝인 곳에 상을 형성하였다. 이 렌즈의 종방향 배율(longitudinal magnification)은 얼마인가?

  1. 4배
  2. 8배
  3. 12배
  4. 16배
(정답률: 70%)
  • 종방향 배율은 횡방향 배율의 제곱과 같으며, 물체 거리와 상 거리의 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M_L = (\frac{v}{u})^2$
    ② [숫자 대입] $M_L = (\frac{80}{20})^2$
    ③ [최종 결과] $M_L = 16$
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12. 그림과 같이 볼록렌즈(초점거리 5㎝) 후방 2㎝인 곳에 오목렌즈(초점거리 -10㎝)가 배열된 렌즈계에서 볼록렌즈의 전방 20㎝인 지점에 물체가 놓여 있다. 두 렌즈의 직경이 서로 같다고 할 때, 출사동(exit pupil)의 위치를 결정하면?

  1. 오목렌즈면
  2. 볼록렌즈면
  3. 볼록렌즈 후방 3.33㎝
  4. 오목렌즈 전방 1.67㎝
(정답률: 37%)
  • 출사동은 입사동(이 문제에서는 첫 번째 볼록렌즈의 조리개)이 후속 렌즈(오목렌즈)에 의해 맺히는 상의 위치입니다. 볼록렌즈의 위치를 기준으로 오목렌즈까지의 거리 $d=2\text{cm}$이고, 오목렌즈의 초점거리 $f_2=-10\text{cm}$ 입니다. 입사동(볼록렌즈 위치)에서 오목렌즈까지의 거리 $s=2\text{cm}$로 보고 상의 위치 $s'$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{s} + \frac{1}{s'} = \frac{1}{f}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{2} + \frac{1}{s'} = \frac{1}{-10}$
    ③ [최종 결과] $s' = -1.67$
    결과값이 $-1.67\text{cm}$이므로, 오목렌즈 전방 $1.67\text{cm}$ 지점에 출사동이 위치합니다.
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13. 그림과 같이 굴절율이 1.5인 유리봉의 한 쪽 끝을 곡률반경 1㎝가 되도록 볼록하게 연마하였다. 이 곡면에서 부터 좌측 4㎝ 되는 곳에 물체를 놓았을 때 상의 위치를 계산하면? (단, 물체는 공기중에 있다.)

  1. 곡면에서 우측으로 6㎝인 지점
  2. 곡면에서 우측으로 4㎝인 지점
  3. 곡면에서 우측으로 2㎝인 지점
  4. 곡면에서 우측으로 1㎝인 지점
(정답률: 55%)
  • 단일 구면에서의 굴절 공식(Gaussian formula)을 사용하여 상의 위치를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{n_1}{s} + \frac{n_2}{s'} = \frac{n_2 - n_1}{R}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{4} + \frac{1.5}{s'} = \frac{1.5 - 1}{1}$
    ③ [최종 결과] $s' = 4$
    따라서 상은 곡면에서 우측으로 $4\text{cm}$ 인 지점에 형성됩니다.
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14. 두꺼운 렌즈에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. principal plane은 가상의 plane이다.
  2. 두 principal point는 서로 conjugate 관계이다.
  3. 렌즈 앞뒤가 같은 매질일 때 nodal point와 principal point는 일치한다.
  4. nodal point에서 굴절이 일어난다.
(정답률: 62%)
  • 절점(nodal point)은 광선이 굴절 없이 통과하는 것처럼 보이는 가상의 점이며, 실제 굴절은 렌즈의 표면에서 일어납니다.

    오답 노트
    principal plane: 주평면은 굴절 효과를 단순화하기 위해 설정한 가상의 평면이 맞습니다.
    conjugate 관계: 두 주점은 서로 상의 관계에 있습니다.
    nodal point와 principal point: 매질이 같을 때 두 점은 일치합니다.
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15. 직경이 4㎝, 초점거리가 80mm인 카메라 렌즈의 조리개를 직경 2㎝로 열였을 때의 f-number는 얼마인가?

  1. f/2
  2. f/4
  3. f/6
  4. f/8
(정답률: 50%)
  • f-number(초점거리비)는 렌즈의 초점거리를 유효 구경(조리개 직경)으로 나눈 값으로 정의합니다.
    ① [기본 공식] $f_{number} = \frac{f}{D}$
    ② [숫자 대입] $f_{number} = \frac{80\text{mm}}{20\text{mm}}$
    ③ [최종 결과] $f_{number} = 4$
    따라서 정답은 f/4 입니다.
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16. stop에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. stop은 렌즈에 의해 동(pupil)을 형성한다.
  2. 주광선은 항상 입사동의 중심을 지난다.
  3. 굴절 망원경에서는 대물렌즈가 입사동이다.
  4. 출사동은 대물렌즈에 의해 형성된 입사동의 상이다.
(정답률: 54%)
  • 출사동은 입사동이 렌즈계의 후속 광학 요소들에 의해 형성된 상입니다. 따라서 출사동이 대물렌즈에 의해 형성된 입사동의 상이라는 설명은 틀린 것이 아니라, 일반적인 렌즈계의 정의에 부합합니다. 다만, 문제의 의도상 출사동의 정의를 정확히 구분하는 것이 핵심입니다.
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17. f수가 f/4일 때 노출시간을 1/125초로 하였다면 f/8일 때 같은 노출량이 되기 위해 가장 적당한 노출시간은?

  1. 1/32초
  2. 1/64초
  3. 1/250초
  4. 1/500초
(정답률: 55%)
  • f수가 2배 증가하면(f/4 $\rightarrow$ f/8) 렌즈의 유효 구경 면적은 $2^2 = 4$배 감소하며, 동일한 노출량을 얻기 위해서는 노출 시간을 4배 늘려야 합니다.
    ① [기본 공식] $T_2 = T_1 \times (\frac{f_2}{f_1})^2$
    ② [숫자 대입] $T_2 = \frac{1}{125} \times (\frac{8}{4})^2$
    ③ [최종 결과] $T_2 = \frac{4}{125} = \frac{1}{31.25} \approx \frac{1}{32}$
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18. 그림은 어떤 수차를 설명하기 위한 것인가?

  1. spherical aberration
  2. Coma
  3. oblique astigmatism
  4. Distortion
(정답률: 62%)
  • 광축을 벗어난 경사 입사광이 렌즈를 통과할 때, 상이 점이 아닌 혜성 모양(Comet-like)으로 번져 보이는 현상을 코마(Coma) 수차라고 합니다.
    제시된 이미지 는 광축 외곽의 빛들이 한 점에 모이지 않고 꼬리를 무는 형태로 나타나는 Coma 수차를 설명하고 있습니다.
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19. 그림과 같이 입사높이에 따라 빛이 모이는 점이 변화하는 수차는?

  1. 비점수차
  2. 코마
  3. 구면수차
  4. 왜곡수차
(정답률: 62%)
  • 광축에 평행하게 입사한 빛이 렌즈의 중심부와 주변부(입사 높이)에 따라 서로 다른 지점에 초점을 맺는 현상을 구면수차라고 합니다.
    제시된 이미지 는 전형적인 구면수차의 발생 모습을 보여주고 있습니다.
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20. 그림의 렌즈들 초점거리는 같고, 모양만 다르다면 구면수차가 가장 작은 것(Ⅰ)과 큰 것(Ⅱ)으로 알맞게 짝지워진 것은?

  1. Ⅰ : a, Ⅱ : d
  2. Ⅰ : b, Ⅱ : d
  3. Ⅰ : c, Ⅱ : a
  4. Ⅰ : d, Ⅱ : a
(정답률: 58%)
  • 구면수차는 렌즈의 곡률이 급격할수록 커지며, 렌즈의 양면 곡률을 적절히 분배하여 전체적인 굴절각을 완만하게 만들 때 최소화됩니다.
    제시된 이미지 에서 렌즈 c는 양면의 곡률이 균형 잡혀 있어 수차가 가장 작고, 렌즈 a는 한쪽 면이 평평하여 반대편의 곡률이 매우 커지므로 수차가 가장 큽니다.
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2과목: 파동광학

21. 굴절율이 n인 유리내부로부터 공기속으로 빛이 입사할 때 의 이 빛에 대한 전반사각은?

  1. sin(n)
  2. sin-1(n)
  3. sin(1/n)
  4. sin-1(1/n)
(정답률: 알수없음)
  • 전반사 임계각 $\theta_c$는 스넬의 법칙에 의해 굴절률이 큰 매질($n$)에서 작은 매질(공기, $n=1$)로 빛이 나갈 때, 굴절각이 $90^\circ$가 되는 지점의 입사각입니다.
    ① [기본 공식]
    $$\sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\sin \theta_c = \frac{1}{n}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\theta_c = \sin^{-1} ( \frac{1}{n} )$$
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22. 광정보처리중 판독 및 표시 소자로 쓰이는 주사 광학계는 레이저광을 편향하는 방식과 피주사면을 이동하는 방식이 있다. 레이저광을 편향시키는 방식의 특징이 아닌 것은?

  1. 고속 주사가 가능하다.
  2. 광학계의 구성이 피주사면 이동방식보다 복잡하다.
  3. 주사성능은 광편향기 및 렌즈계의 성능으로 결정된다.
  4. 주사성능의 고 정밀도화가 피주사면 이동방식보다 수월하다.
(정답률: 42%)
  • 레이저광을 편향시키는 방식은 광편향기를 이용하므로 고속 주사가 가능하고 구성이 복잡하지만, 물리적으로 면을 직접 이동시키는 피주사면 이동방식에 비해 정밀한 위치 제어(고 정밀도화)는 더 어렵습니다.

    오답 노트
    주사성능의 고 정밀도화가 피주사면 이동방식보다 수월하다: 피주사면 이동방식이 정밀도 확보에 더 유리함
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23. 첫번째 Fersnel zone의 반경이 0.4mm이고, 입사 파장이 500㎚일 때 zone plate의 주(또는 1차) 초점거리를 구하면?

  1. 21㎝
  2. 32㎝
  3. 41㎝
  4. 80㎝
(정답률: 60%)
  • 프레넬 존 플레이트의 초점거리는 첫 번째 존의 반경과 파장의 관계식을 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$f = \frac{r_1^2}{\lambda}$$
    ② [숫자 대입]
    $$f = \frac{(0.4 \times 10^{-3})^2}{500 \times 10^{-9}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$f = 0.32$$
    단위를 변환하면 $0.32\text{m} = 32\text{cm}$ 입니다.
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24. 사진필름의 photographic density D와 intensity transmittance τ 사이의 관계식으로 올바른 것은?

  1. D = e-τ
  2. D = eτ
  3. D = log τ
(정답률: 59%)
  • 사진필름의 광학 밀도(Photographic Density)는 투과율의 역수에 상용로그를 취한 값으로 정의됩니다.
    따라서 관계식은 다음과 같습니다.
    $$D = \log ( \frac{1}{\tau} )$$
    제시된 이미지 가 이 식과 일치합니다.
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25. 그물모양의 물체를 수직방향으로 뚫린 단일슬릿을 사용하여 공간여과(spatial filtering)하려 한다. 여과된 상의 형태는 어떻게 되는가? (단, slit 위치는 그림의 fx, fy 위치에 둔다 하자.)

  1. 물체와 같은 모양
  2. 수평방향 성분만 남는 모양
  3. 수직방향 성분만 남는 모양
  4. 상이 생기지 않는다.
(정답률: 70%)
  • 공간여과에서 수직방향으로 뚫린 슬릿은 수직 성분의 주파수($f_y$)는 차단하고 수평 성분의 주파수($f_x$)만 통과시킵니다. 따라서 그물모양의 물체 중 수평방향 성분만 남는 모양의 상이 형성됩니다.
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26. 빛이 큰 구멍을 통과할 경우 곧게 나아가지만 아주 작은 구멍을 빠져 나아갈 때는 그늘이 지는 곳에도 진입한다. 이러한 현상은 빛의 무슨 현상때문에 발생하는가?

  1. 회절
  2. 산란
  3. 편광
  4. 간섭
(정답률: 67%)
  • 빛이 좁은 틈이나 구멍을 통과할 때 직선 경로를 벗어나 장애물 뒤편의 그늘진 영역까지 휘어져 들어가는 현상을 회절이라고 합니다.
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27. 그림은 광섬유의 단면을 표시한 것이다. Acceptance angle α를 표현한 식은?

(정답률: 62%)
  • 광섬유의 수광각(Acceptance angle) $\alpha$는 스넬의 법칙과 전반사 조건을 이용하여 유도하며, 코어의 굴절률 $n_1$과 클래딩의 굴절률 $n_2$의 차이에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $\alpha = \sin^{-1}\sqrt{n_1^2 - n_2^2}$
    ② [숫자 대입]
    해당 없음
    ③ [최종 결과]
    $\alpha = \sin^{-1}\sqrt{n_1^2 - n_2^2}$
    따라서 정답은 입니다.
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28. 홀로그램을 제작하기 위해 꼭 필요한 광원의 광학적 성질은?

  1. 결맞음(coherence)
  2. 편광(polarization)
  3. 단색성
  4. 직진성
(정답률: 70%)
  • 홀로그램은 빛의 진폭뿐만 아니라 위상 정보를 모두 기록해야 하므로, 광원 간의 위상 관계가 일정하게 유지되는 결맞음(coherence) 성질이 필수적입니다.
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29. 그림과 같은 광학 상처리장치의 입력 평면에 투과도가 {}인 회절격자를 두고 진폭이 1인 평면파를 비추었다. 주파수 평면의 반을 그림과 같이 불투명막으로 가리면 재생평면에서의 빛의 진폭 분포는 어떻게 되는가?

(정답률: 46%)
  • 입력 평면의 투과도가 $1 + \cos(2\pi \frac{x}{\lambda})$인 회절격자는 주파수 평면에서 델타 함수들의 조합으로 나타납니다. 주파수 평면의 절반을 불투명막으로 가리면 특정 주파수 성분이 제거되어, 재생 평면에서는 원래의 성분 중 일부만 남아 위상 변화가 포함된 진폭 분포인 $\frac{1}{2}\exp(i2\pi \frac{x'}{\lambda})$ 형태로 나타나게 됩니다. 따라서 정답은 입니다.
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30. 광섬유는 광신호를 아주 먼 곳으로 전달하는데 쓰이는 것으로 유리나 플라스틱 등을 써서 그림과 같은 단면을 가지도록 머리카락처럼 가늘게 만든 것이다. 빛이 광섬유를 통해 먼 곳까지 잘 전달되려면 코아의 굴절율 ncoer와 클래드의 굴절율nclad 사이에 어떤 관계가 유지되어야 하는가?

  1. ncoer < nclad
  2. ncoer = nclad
  3. ncoer > nclad
  4. ncoer =
(정답률: 50%)
  • 광섬유 내부에서 빛이 외부로 빠져나가지 않고 계속 전달되려면 코아와 클래드 경계면에서 전반사가 일어나야 합니다. 전반사가 일어나기 위한 필수 조건은 빛이 굴절률이 큰 매질(코아)에서 굴절률이 작은 매질(클래드)로 진행해야 하므로 $n_{coer} > n_{clad}$ 관계가 유지되어야 합니다.
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31. 너비 b인 슬릿을 백색광으로 비춘다. b가 어떤 값을 가질 때 붉은 빛(λ = 650nm)에 대한 첫번째 극소가 θ = 30°의 각으로 나타나는가?

  1. 325nm
  2. 563nm
  3. 1300nm
  4. 1501nm
(정답률: 70%)
  • 단일 슬릿의 회절 현상에서 첫 번째 극소점(어두운 부분)이 나타나는 조건은 슬릿 너비와 파장, 회절각의 관계식으로 결정됩니다.
    ① $b \sin \theta = \lambda$
    ② $b \sin 30^\circ = 650 \times 10^{-9}$
    ③ $b = 1300 \text{ nm}$
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32. 영문자 A를 영상처리하여 여러 개를 복사하려 할 때 마스크로서 적당한 것은?

  1. 단일슬릿
  2. 다중슬릿
  3. 사각형슬릿
  4. 원형슬릿
(정답률: 37%)
  • 특정 패턴(영문자 A)을 반복적으로 복사하여 배열하기 위해서는 회절 격자와 같은 원리를 이용해야 합니다. 다중슬릿은 빛을 여러 개의 일정한 간격으로 회절시켜 주기적인 밝은 점(이미지)들을 생성하므로 영상을 여러 개 복사하는 마스크로 적당합니다.
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33. 그림처럼 볼록렌즈와 후초점 면사이에 입력영상을 위치시켰을 때 후초점 면상에 형성되는 입력영상의 Fourier 변환 패턴은 입력영상이 후초점 면으로 접근할수록 어떻게 변화되는가?

  1. 확대 된다.
  2. 변하지 않는다.
  3. 축소 된다.
  4. 점점 희미해 진다.
(정답률: 47%)
  • 볼록렌즈의 후초점 면에 형성되는 Fourier 변환 패턴의 크기는 입력 영상의 크기와 렌즈의 초점 거리, 그리고 입력 영상의 위치에 따라 결정됩니다. 입력 영상이 후초점 면으로 접근한다는 것은 렌즈로부터의 거리가 멀어짐을 의미하며, 이 경우 공간 주파수 응답의 스케일이 변하여 패턴이 축소 됩니다.
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34. 수은등에서 방출되는 546㎚ 파장의 광은 0.03㎚의 파장폭을 갖고 있다고 한다. 이 광원을 마이켈슨 간섭계에 사용할 때, 무늬를 얻을 수 있는 두 광파사이의 최대 광노정차는 대략 얼마인가?

  1. 1mm
  2. 10mm
  3. 20mm
  4. 40mm
(정답률: 50%)
  • 광원의 파장폭(결맞음 대역폭)이 있을 때, 간섭 무늬를 관찰할 수 있는 최대 광노정차는 결맞음 길이와 같습니다. 파장 $\lambda$와 파장폭 $\Delta\lambda$가 주어졌을 때의 결맞음 길이를 구하는 원리를 이용합니다.
    ① $L = \frac{\lambda^2}{\Delta\lambda}$
    ② $L = \frac{546 \times 10^{-9} \times 546 \times 10^{-9}}{0.03 \times 10^{-9}}$
    ③ $L = 9.93 \times 10^{-3} \approx 10 \text{ mm}$
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35. 직경이 4㎝인 망원경의 대물렌즈를 이용하여 천체 관측을 하려 한다. 유효 입사파장을 5.6x10-5㎝라 하면 이 망원경의 각 분해능은?

  1. 3.4x10-5 ㎭
  2. 2.8x10-4 ㎭
  3. 1.71x10-5 ㎭
  4. 1.42x10-4 ㎭
(정답률: 39%)
  • 망원경의 각 분해능 $\theta$는 레일리 기준(Rayleigh criterion)에 의해 파장과 구경의 비율로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\theta = 1.22 \frac{\lambda}{D}$
    ② [숫자 대입] $\theta = 1.22 \frac{5.6 \times 10^{-5} \text{ cm}}{4 \text{ cm}}$
    ③ [최종 결과] $\theta = 1.71 \times 10^{-5} \text{ rad}$
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36. 그림과 같은 주기함수 f(x)를 Fourier series로 표현한식은?

(정답률: 40%)
  • 제시된 함수 $f(x)$는 원점에 대해 대칭인 기함수(Odd function)이며, 주기가 $\lambda$인 구형파(Square wave) 형태입니다. 기함수의 푸리에 급수는 사인 항($\sin$)으로만 구성되며, 구형파의 특성상 홀수 차수 항만 살아남고 계수는 $1/n$ 비율로 감소합니다.
    따라서 정답은 $-\frac{4}{\pi}(\sin kx + \frac{1}{3}\sin 3kx + \frac{1}{5}\sin 5kx + \dots)$ 형태인 입니다.
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37. 그림과 같은 삼각 프리즘의 한면에 수직하게 광을 입사시켜 긴 변과 45° 각을 이룰 때 전반사가 일어남을 확인하였다. 프리즘을 이루는 매질의 굴절율은?

  1. √2 보다 크다.
  2. √2 보다 작다.
  3. √1.5 보다 크다.
  4. 1 보다 작다.
(정답률: 50%)
  • 전반사가 일어나기 위해서는 입사각이 임계각보다 커야 합니다. 공기($n=1$)에서 매질($n$)로 입사한 빛이 $45^{\circ}$ 각도로 경계면에 닿을 때 전반사가 일어나려면, $\sin 45^{\circ} \ge \frac{1}{n}$이어야 합니다.
    ① [기본 공식] $n \ge \frac{1}{\sin \theta}$
    ② [숫자 대입] $n \ge \frac{1}{\sin 45^{\circ}} = \frac{1}{1/\sqrt{2}}$
    ③ [최종 결과] $n \ge \sqrt{2}$
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38. 파장 λ인 빛을 굴절율 ηs인 유리판에 수직으로 비춘다. 이 유리판에 굴절율 η(η>ηs)인 물질을 광학적 두께가 λ/4가 되게 입혀 주면 빛의 반사도는 막을 입히기 전과 비교하여 어떻게 변하는가?

  1. 변화가 없다.
  2. 반사도가 높아진다.
  3. 반사도가 낮아진다.
  4. 편광상태에 따라 다르다.
(정답률: 알수없음)
  • 굴절률이 $\eta_s$인 유리판 위에 더 높은 굴절률 $\eta$를 가진 물질을 $\lambda/4$ 두께로 입히면, 공기-막 계면과 막-유리 계면에서 반사된 빛의 위상 변화가 동일하게 발생하여 보강 간섭이 일어납니다. 따라서 반사도가 높아집니다.
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39. 홀로그래피 방법으로 회절격자를 만들려 한다. 광원의 파장이 0.6㎛라면 격자 간격의 최소 값은 얼마인가?

  1. 0.3㎛
  2. 0.6㎛
  3. 0.9㎛
  4. 1.2㎛
(정답률: 알수없음)
  • 홀로그래피를 이용한 회절격자 제작 시, 격자 간격 $d$의 최소값은 사용한 광원의 파장 $\lambda$의 절반이 될 때 형성됩니다.
    ① [기본 공식] $d_{min} = \frac{\lambda}{2}$
    ② [숫자 대입] $d_{min} = \frac{0.6\mu m}{2}$
    ③ [최종 결과] $d_{min} = 0.3\mu m$
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40. 광학 부품중 공간주파수 분석기의 역할을 하는 대표적인 것은?

  1. 프리즘
  2. 레이저
  3. 거울(반사경)
  4. 렌즈
(정답률: 73%)
  • 렌즈는 물체의 공간적인 정보를 주파수 성분으로 변환하여 초점면에 분포시키는 푸리에 변환(Fourier Transform) 특성을 가지고 있어, 공간주파수 분석기의 역할을 수행합니다.
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3과목: 광학계측과 광학평가

41. 아포크로마틱 렌즈(apochromatic lens)제조에 사용되는 광학 결정은?

  1. 암염(NaCl)
  2. 불화 마그네슘(MgF2)
  3. 형석(CaF2)
  4. 수정(SiO2)
(정답률: 64%)
  • 아포크로마틱 렌즈는 세 가지 파장의 색수차를 보정하는 고성능 렌즈로, 분산 특성이 매우 낮은 형석 $\text{CaF}_2$ 결정을 사용하여 제조합니다.
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42. 분광계(spectrometer)로 어떤 물질의 굴절율을 측정하고자 한다. 다음 중 측정과정에 필요없는 것은?

  1. 시료물질 프리즘의 정각을 측정한다.
  2. 최소편의각을 측정한다.
  3. 사용해야 할 광원의 스팩트럼선을 선택한다.
  4. 굴절각을 측정한다.
(정답률: 알수없음)
  • 분광계를 이용한 굴절률 측정은 주로 최소편의각법을 사용합니다. 굴절률을 구하기 위해서는 프리즘의 정각, 최소편의각, 그리고 사용한 광원의 파장(스펙트럼선) 정보가 필요하며, 굴절각을 직접 측정하는 과정은 필요하지 않습니다.
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43. 그림과 같이 코어(core)부가 굴절율 n1, 클래드(clad)부가 굴절율 n2인 광파이버(Optical fiber)가 있다. 이 때 이 광파이버의 개구수(numerical aperture)는 다음 중 어느 것인가?

(정답률: 73%)
  • 광파이버의 개구수(Numerical Aperture, NA)는 코어의 굴절률 $n_1$과 클래드의 굴절률 $n_2$의 차이를 이용하여 정의하며, 빛이 전반사되어 전달될 수 있는 최대 입사각과 관련이 있습니다.
    $$ NA = \sqrt{n_1^2 - n_2^2} $$
    따라서 정답은 입니다.
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44. 공기중에 평행 평면판이 그림과 같이 놓여 있다. 두께가 t이고 입사각이 θ, 굴절각이 θ'일 때 광로의 변위 (displacement)는?

  1. t·sinθ (1 - n·cosθ)
  2. t·sinθ (n - cosθ)
  3. t·cosθ (1 - n·sinθ)
  4. t·sinθ {1 - (cosθ)/(n·cosθ')}
(정답률: 50%)
  • 평행 평면판을 통과하는 빛은 입사 광선과 평행하게 진행하지만, 굴절로 인해 옆으로 밀려나는 광로의 변위가 발생합니다.
    ① [기본 공식] $d = t \sin \theta (1 - \frac{\cos \theta}{n \cos \theta'})$
    ② [숫자 대입] 주어진 변수 $t, \theta, \theta', n$을 공식에 그대로 대입합니다.
    ③ [최종 결과] $d = t \sin \theta \{1 - \frac{\cos \theta}{n \cos \theta'}\}$
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45. 광학유리의 굴절율은 가시광 영역에서 파장이 길어질수록 어떻게 변화하는가?

  1. 항상 감소한다.
  2. 변화가 없다.
  3. 항상 증가한다.
  4. 증가하거나 감소한다.
(정답률: 79%)
  • 일반적인 광학유리는 파장이 길어질수록(적색 쪽으로 갈수록) 굴절률이 낮아지는 정상 분산(Normal Dispersion) 특성을 가집니다.
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46. 망원경의 입사동은 어디에 있는가?

  1. 대물 렌즈
  2. 대안 렌즈
  3. 대물 렌즈의 초점
  4. 대안 렌즈의 초점
(정답률: 59%)
  • 망원경의 입사동은 외부에서 들어오는 빛이 처음으로 통과하는 개구부의 상을 의미하며, 이는 대물 렌즈의 위치에 형성됩니다.
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47. 수은등에서 방출되는 대표적인 빛의 파장이 아닌 것은?

  1. 589.3nm
  2. 546.1nm
  3. 404.7nm
  4. 253.7nm
(정답률: 70%)
  • 수은등의 대표적인 방출 스펙트럼은 $404.7\text{nm}$ (자색), $435.8\text{nm}$ (청색), $546.1\text{nm}$ (녹색), $253.7\text{nm}$ (자외선) 등이 있습니다.

    오답 노트
    589.3nm: 나트륨등(Na-lamp)의 대표적인 황색 파장입니다.
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48. 어느 쌍안경에 7x50 이라는 숫자가 쓰여 있다. 이 쌍안경의 대물렌즈의 초점거리는 140mm, 대안렌즈(필드렌즈)의 직경은 14mm이다. 입사동(entrance pupil)의 크기는 얼마인가?

  1. 7mm
  2. 10mm
  3. 50mm
  4. 100mm
(정답률: 알수없음)
  • 쌍안경의 표기법에서 $7 \times 50$의 앞 숫자는 배율, 뒤 숫자는 대물렌즈의 유효 구경(직경)을 의미합니다. 입사동(entrance pupil)의 크기는 대물렌즈의 구경과 동일합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{입사동 크기} = \text{대물렌즈 직경}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{입사동 크기} = 50$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{입사동 크기} = 50\text{mm}$$
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49. 광학유리의 유리번호가 620364일 때 굴절율과 Abbe수(혹은 V번호)는 각각 얼마인가?

  1. 6.20, 364
  2. 6.20, 36.4
  3. 1.620, 364
  4. 1.620, 36.4
(정답률: 77%)
  • 광학유리의 유리번호(Schott notation)는 앞의 세 자리가 굴절률의 소수점 아래 셋째 자리까지를, 뒤의 세 자리가 Abbe수를 나타냅니다. 620364의 경우 앞의 620은 $1.620$을 의미하며, 뒤의 364는 $36.4$를 의미합니다.
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50. MgF2 코팅 약품을 사용하여 연마된 BK7 렌즈 표면에 기준파장 λ에 대한 단층반사감소 박막을 입히려고 한다. 다음 중 가장 좋은 증착막 조건은?

  1. 파장의 λ/4 광학 두께로 입힌다.
  2. 파장의 λ/2 광학 두께로 입힌다.
  3. 파장 λ의 광학 두께로 입힌다.
  4. 파장의 λ/8 광학 두께로 입힌다.
(정답률: 74%)
  • 단층 반사 방지 막에서 반사광이 완전히 상쇄되기 위해서는 박막을 통과하며 발생하는 위상차가 $\pi$가 되어야 합니다. 따라서 광학 두께가 기준 파장의 4분의 1이 되어야 합니다.
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51. 일반적으로 사진기 렌즈 표면에는 MgF2의 얇은 박막을 입 렌즈표면에서 일어나는 반사를 되도록 막고 있다. 이것은 다음 중 광선의 어떤 성질을 이용한 것인가?

  1. 간섭
  2. 회절
  3. 산란
  4. 편광
(정답률: 50%)
  • 렌즈 표면에 무반사 코팅($MgF_{2}$)을 입히는 것은 박막의 앞면과 뒷면에서 반사된 빛이 서로 상쇄 간섭을 일으키게 하여 반사광을 제거하는 원리를 이용한 것입니다.
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52. 렌즈의 곡률반경 R1과 R2가 모두 30mm이며, 유리의 굴절률이 1.50일 때 그림과 같은 양볼록 얇은 렌즈의 초점거리는?

  1. 15mm
  2. 30mm
  3. 60mm
  4. 120mm
(정답률: 54%)
  • 렌즈 제작자 공식을 사용하여 양볼록 렌즈의 초점거리를 구할 수 있습니다. 이때 곡률반경 $R_{1}$은 양수, $R_{2}$는 음수로 적용합니다.
    ① [기본 공식] 그것은 $\frac{1}{f} = (n-1) ( \frac{1}{R_{1}} - \frac{1}{R_{2}} )$
    ② [숫자 대입] 그것은 $\frac{1}{f} = (1.50-1) ( \frac{1}{30} - \frac{1}{-30} )$
    ③ [최종 결과] $f = 30$
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53. 쌍안경에 7x50 이라는 숫자가 쓰여 있고, 이 쌍안경의 대물렌즈의 초점 거리는 140mm, 대안렌즈(필드렌즈)의 직경은 14mm라면 대안렌즈의 초점거리는 얼마인가?

  1. 13mm
  2. 20mm
  3. 33mm
  4. 40mm
(정답률: 73%)
  • 쌍안경의 배율은 대물렌즈의 초점거리를 대안렌즈의 초점거리로 나눈 값과 같습니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{f_{obj}}{f_{eye}}$
    ② [숫자 대입] $7 = \frac{140}{f_{eye}}$
    ③ [최종 결과] $f_{eye} = 20$
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54. 광학유리 설명서에서 분산방정식 계수를 A0, A1,…, A5 까지 주어졌다. 분산방정식이 바르게 표현된 것은?

  1. n2 = A0 + A1λ + A2λ2 + A3λ3 + A4λ4 + A5λ5
  2. n = A0 + A1λ + A2λ2 + A3λ3 + A4λ4 + A5λ5
  3. n2 = A0 + A1λ2 + A2λ-2 + A3λ-4 + A4λ-6 + A5λ-8
  4. n = A0 + A1λ2 + A2λ4 + A3λ-2 + A4λ-4 + A5λ-6
(정답률: 42%)
  • 광학유리의 굴절률 $n$과 파장 $\lambda$의 관계를 나타내는 분산방정식은 일반적으로 굴절률의 제곱($n^{2}$)에 대해 파장의 거듭제곱 항들로 표현됩니다.
    정답 식: $n^{2} = A_{0} + A_{1}\lambda^{2} + A_{2}\lambda^{-2} + A_{3}\lambda^{-4} + A_{4}\lambda^{-6} + A_{5}\lambda^{-8}$
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55. 그림과 같은 천체망원경의 배율을 바르게 나타낸 것은?

  1. βf1 / f2
  2. f1·f2 / D2
  3. f1 / f2
  4. f1 / D
(정답률: 60%)
  • 천체망원경의 배율은 대물렌즈의 초점거리와 접안렌즈의 초점거리의 비로 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{배율} = \frac{f_{1}}{f_{2}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{배율} = \frac{f_{1}}{f_{2}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{배율} = \frac{f_{1}}{f_{2}}$$
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56. 접안경(Eyepiece) 중에는 대표적인 전형으로 호이겐스형과 람스덴형이 있다. 다음 설명중 옳지 않는 것은?

  1. Eyelens와 Field Lens로 구성된다.
  2. 람스덴형에서는 Field stop이 Field Lens 전방에 형성된다.
  3. 호이겐스형은 Eye Relief가 상대적으로 크다.
  4. 람스덴형은 Reticle을 장착 교환하기가 용이하다.
(정답률: 46%)
  • 호이겐스형 접안경은 람스덴형에 비해 구면 수차를 줄이는 데 유리하지만, 눈과 렌즈 사이의 거리인 Eye Relief는 상대적으로 짧습니다.

    오답 노트
    람스덴형은 Field stop이 Field Lens 전방에 위치하여 Reticle(십자선) 장착 및 교환이 매우 용이한 구조입니다.
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57. 다음 광량 측정 소자들 중에서 가장 약한 빛을 측정할 수 있는 것은?

  1. 광증배관
  2. 실리콘(Si)소자
  3. InGaAs 소자
  4. HgCdTe 소자
(정답률: 50%)
  • 광증배관은 입사된 광전자가 다이노드(Dynode)를 거치며 기하급수적으로 증폭되는 원리를 이용하므로, 일반적인 반도체 광소자보다 훨씬 약한 빛(단일 광자 수준)까지 측정할 수 있습니다.
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58. 회절격자를 가지는 단색화 장치의 입력 슬리트와 출력 슬리트의 폭을 결정할 때 고려해야 할 가장 중요한 것은?

  1. 파장
  2. 분해능과 세기
  3. 초점의 위치
  4. 회절격자의 중심파장
(정답률: 알수없음)
  • 슬리트의 폭이 좁을수록 파장 분해능은 좋아지지만 통과하는 빛의 세기는 약해집니다. 따라서 단색화 장치 설계 시 분해능과 세기 사이의 적절한 절충점을 결정하는 것이 가장 중요합니다.
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59. 광학유리 제작자는 제품이 사용되는 외부환경을 고려해야만 한다. 광학유리 제작시에 세슘(Ce)을 포함시키는 것은 어떤 외부환경 때문인가?

  1. 방사선
  2. 충격
  3. 열팽창
  4. 습기
(정답률: 58%)
  • 광학유리에 세슘(Ce)을 첨가하는 이유는 방사선에 노출되었을 때 유리가 갈색으로 변하는 '착색 현상(Solarization)'을 방지하여 투과율을 유지하기 위함입니다.
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60. 빛이 공기 중에서 굴절율이 1.5인 유리면에 입사하고 있다. 이 때 공기와 유리의 경계면에서의 반사율은 몇 % 인가? (단, 공기의 굴절률은 1.0이다.)

  1. 3%
  2. 4%
  3. 5%
  4. 6%
(정답률: 64%)
  • 수직 입사 시 두 매질의 굴절률 차이에 의한 반사율을 구하는 공식을 사용합니다.
    $$\text{반사율 } R = ( \frac{n_2 - n_1}{n_2 + n_1} )^2$$
    $$\text{반사율 } R = ( \frac{1.5 - 1.0}{1.5 + 1.0} )^2$$
    $$\text{반사율 } R = 0.04$$
    최종 결과는 $4\%$ 입니다.
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4과목: 레이저 및 광전자

61. Ar레이저의 단일 종모드(single longitudinal mode) 발진에 필요한 소자는?

  1. Etalon
  2. Prism
  3. Grating
  4. Band - pass 필터
(정답률: 55%)
  • Ar 레이저에서 특정 파장만을 선택하여 단일 종모드(single longitudinal mode) 발진을 유도하기 위해서는 매우 정밀한 파장 선택 필터인 Etalon을 사용해야 합니다.
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62. 결맞음 현상에 대한 설명으로 맞는 것은?

  1. 방출되는 빛의 위상차가 일정하다.
  2. 방출되는 빛의 진동수가 일정하다.
  3. 방출되는 빛의 파장이 일정하다.
  4. 방출되는 빛의 세기가 일정하다.
(정답률: 59%)
  • 결맞음(Coherence)이란 파동이 진행함에 따라 위상 관계가 일정하게 유지되는 성질을 의미합니다. 따라서 방출되는 빛의 위상차가 일정할 때 결맞음 현상이 나타납니다.
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63. 레이저의 발진출력 변동에 영향을 주는 주원인으로 생각되지 않은 것은?

  1. 공진기의 거울이나 지지대의 진동과 열팽창에 의한 공진기의 미세진동 혹은 공진기 길이의 변화
  2. 열팽창 등에 의하여 공진기가 휘어 광축이나 평행도가 달라짐
  3. 방전전류나 플래시램프 등의 여기에너지 변동
  4. 공진기의 거울 마운트를 공모양이나 짐발마운트로 사용함으로써 생기는 변동
(정답률: 55%)
  • 레이저 출력 변동은 주로 공진기의 물리적 변형(진동, 열팽창, 광축 틀어짐)이나 에너지 공급원(방전전류, 램프)의 불안정함으로 인해 발생합니다.
    반면, 공모양이나 짐발마운트를 사용하는 것은 오히려 외부 진동이나 변형으로부터 거울을 보호하고 정렬을 유지하여 변동을 줄이기 위한 방법이므로 출력 변동의 주원인으로 볼 수 없습니다.
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64. 다음중 결맞음(가간섭) 거리가 가장 긴 레이저는?

  1. 반도체 레이저
  2. He-Ne 레이저
  3. N2 레이저
  4. Ruby 레이저
(정답률: 54%)
  • 결맞음 거리는 레이저의 선폭(Linewidth)이 좁을수록, 즉 단색성이 좋을수록 길어집니다. He-Ne 레이저는 다른 레이저들에 비해 매우 좁은 선폭을 가지므로 결맞음 거리가 가장 깁니다.
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65. 파장이 1㎛인 어떤 레이저의 결맞음 시간이 10-3sec라고 한다. 이 레이저의 결맞음 길이(Coherence length)는 얼마가 되겠는가?

  1. 1㎛
  2. 2㎛
  3. 3x105m
  4. 6x105m
(정답률: 70%)
  • 결맞음 길이는 빛의 속도에 결맞음 시간을 곱하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $L = c \times t$
    ② [숫자 대입] $L = 3 \times 10^{8} \times 10^{-3}$
    ③ [최종 결과] $L = 3 \times 10^{5}$ m
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66. 다음 결정구조를 지닌 재료 가운데 광학적으로 Uniaxial 성질을 보여주는 것은?

  1. Cubic 구조
  2. Hexagonal 구조
  3. Monoclinic 구조
  4. Orthorhombic 구조
(정답률: 54%)
  • 광학적 일축성(Uniaxial)은 하나의 광축을 가지는 결정 구조에서 나타납니다. Hexagonal 구조는 대칭성으로 인해 하나의 주축을 가지므로 일축성 성질을 보입니다.

    오답 노트
    Cubic 구조: 등방성(Isotropic)
    Monoclinic, Orthorhombic 구조: 이축성(Biaxial)
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67. 많은 종류의 레이저에서 프라즈마관의 창(Window)이 브루스터(Brewster) 각도로 부착되어 있는 것을 볼 수 있다. 그 이유로 가장 적합한 내용은?

  1. 결맞음성(coherence)을 좋게 하기 위해
  2. 회절효과를 줄이기 위해
  3. 창에서의 반사를 없애기 위해
  4. 간섭을 줄이기 위해
(정답률: 알수없음)
  • 브루스터 각(Brewster angle)으로 입사하는 빛은 특정 편광 성분에 대해 반사율이 0이 되는 특성이 있습니다. 따라서 레이저 창을 이 각도로 부착하면 창 표면에서 발생하는 원치 않는 반사를 제거하여 효율을 높일 수 있습니다.
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68. 다음 물질 중 광학적으로 Biaxial 성질을 보여주는 것은?

  1. 수정
  2. 다이아몬드
  3. Calcite
  4. Topaz
(정답률: 67%)
  • 결정 구조에 따라 광학적 성질이 결정됩니다. Topaz는 결정 구조상 세 개의 서로 다른 굴절률 축을 가지는 이축성(Biaxial) 결정에 해당합니다.

    오답 노트
    수정, 다이아몬드: 등방성(Isotropic)
    Calcite: 일축성(Uniaxial)
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69. 레이저의 결맞음 거리는 자연선 천이에 의한 것보다 길게 할 수 있다. 그 이유로 타당한 것은?

  1. 레이저 작동시 Doppler효과에 의해 선폭이 늘어난다.
  2. 레이저 작동시 Doppler효과에 의해 선폭이 줄어든다.
  3. 레이저 작동시 레이저 선폭이 자연폭보다 줄어든다.
  4. 레이저 작동시 레이저 선폭이 자연폭보다 늘어난다.
(정답률: 73%)
  • 결맞음 거리(Coherence length)는 선폭(Spectral linewidth)에 반비례합니다. 레이저 작동 시 유도방출을 통해 자연선폭보다 훨씬 좁은 선폭을 가지게 되므로 결맞음 거리를 길게 늘릴 수 있습니다.
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70. 음향광학 결정이나 액체에 초음파를 인가했을 때, 결정이나 액체내에 생기는 현상을 가장 잘 설명한 것은?

  1. 결정이나 액체의 굴절율 변화가 주기적으로 생겨 일종의 회절 격자가 형성된다.
  2. 결정이나 액체내의 분자배열이 초음파 진행방향으로 정열된다.
  3. 결정이나 액체내에 복굴절 현상이 주기적으로 일어난다.
  4. 결정이나 액체의 투명성을 초음파 주파수에 비례하여 증대시켜 빛의 투과율을 높인다.
(정답률: 43%)
  • 초음파가 매질을 통과하면 압축과 팽창이 반복되며 밀도 변화가 생기고, 이에 따라 굴절률이 주기적으로 변하게 되어 빛을 회절시키는 회절 격자와 같은 역할을 하게 됩니다.
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71. Pockels효과에 대한 설명중 올바른 것은?

  1. 중심대칭성을 갖지 않는 결정에서 굴절률은 전기장 세기의 제곱에 비례한다.
  2. 중심대칭성을 갖는 결정에서 굴절률은 전기장 세기의 제곱에 비례한다.
  3. 중심대칭성을 갖지 않는 결정에서 굴절률은 전기장 세기에 비례한다.
  4. 중심대칭성을 갖는 결정에서 굴절률은 전기장 세기에 비례한다.
(정답률: 50%)
  • Pockels 효과는 중심대칭성이 없는 결정에 외부 전기장을 가했을 때, 굴절률의 변화가 전기장의 세기에 선형적으로 비례하여 나타나는 현상입니다.

    오답 노트
    전기장 세기의 제곱에 비례하는 현상은 Kerr 효과입니다.
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72. 다음 중 광음향분광법(Acousto - Optic Spectroscopy)을 이용하여 측정할 수 있는 것은?

  1. 온도 측정
  2. 대기오염 측정
  3. 거리 측정
  4. 거대분자의 크기측정
(정답률: 72%)
  • 광음향분광법은 시료가 빛을 흡수하여 열팽창을 일으킬 때 발생하는 초음파를 측정하는 분석법으로, 미량의 가스 성분을 분석할 수 있어 대기오염 측정에 주로 활용됩니다.
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73. 두 선형 편광자의 광축을 45° 로 하여, 빛을 통과시킬 때 빛의 투과 세기는 첫번째 편광자를 투과한 세기의 몇 %인가?

  1. 0%
  2. 50%
  3. 100√2 %
  4. 100%
(정답률: 64%)
  • 두 편광자의 광축이 $45^\circ$로 교차할 때, 첫 번째 편광자를 통과한 빛의 세기를 $I_1$이라 하면 두 번째 편광자를 통과한 세기 $I_2$는 말루스의 법칙을 따릅니다.
    ① [기본 공식] $I_2 = I_1 \cos^2 \theta$
    ② [숫자 대입] $I_2 = I_1 \cos^2 45^\circ$
    ③ [최종 결과] $I_2 = 0.5 I_1$
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74. 그림과 같이 수직 분극된 빛이 분극축이 45° 로 놓인 편광기(Polarizer)에 입사하면 이 편광기를 통과하는 광의량은 입사 광량의 몇 %가 되는가? (단, 편광기는 이상적인 것이다.)

  1. 100%
  2. 45%
  3. 50%
  4. 0%
(정답률: 알수없음)
  • 입사광의 분극 방향과 편광기의 투과축 사이의 각도에 따른 투과 광량을 구하는 말루스의 법칙(Malus' law)을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $I = I_0 \cos^2 \theta$
    ② [숫자 대입] $I = I_0 \cos^2 45^\circ$
    ③ [최종 결과] $I = 0.5 I_0$
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75. 펄스폭이 아주 좁은(짧은) 펄스레이저(10-12sec 이하)를 이용하는데 비교적 적합하지 않는 분야는?

  1. 정밀 거리 측정
  2. 전자의 빠른 운동분석
  3. 물질의 정밀한 분광특성 조사
  4. 광유도 화학반응 분석
(정답률: 46%)
  • 펄스폭이 매우 짧은 펄스레이저는 시간 분해능이 매우 뛰어나 빠른 운동 분석이나 정밀 거리 측정에 유리하지만, 분광특성 조사는 일반적으로 파장의 정밀도(에너지 분해능)가 중요하며, 불확정성 원리에 의해 시간 폭이 극도로 짧아지면 주파수 대역폭이 넓어져 정밀한 분광 분석에는 적합하지 않습니다.
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76. 다음 중 단축결정(uniaxial crystal)을 나타내는 조건으로 적절한 것은? (단, ηx, ηy, ηz는 각각 x, y, z축 방향의 굴절률)

  1. ηx ＝ ηy ＝ ηz
  2. ηx ＝ ηy ≠ ηz
  3. ηx < ηy < ηz
  4. ηx ≠ ηy ≠ ηz
(정답률: 72%)
  • 단축결정(Uniaxial crystal)은 세 개의 주축 중 두 방향의 굴절률은 같고, 나머지 한 방향의 굴절률만 다른 결정 구조를 가집니다.

    오답 노트
    ηx ＝ ηy ＝ ηz : 등방성 결정
    ηx ≠ ηy ≠ ηz : 이축결정
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77. 굴절률이 각각 n1 = 1.55, n2 = 1.54인 유리를 사용하여 슬랩(Slap)도파로를 만들려 한다. 파장 0.85㎛인 레이저광을 이용할 경우 짝수 TMO 모드만을 전송하는 단일 모드슬랩 도파로(Single mode slab wave guide)를 만들려면 코어유리의 두께는 얼마인가?

  1. 2.43㎛보다 작아야 한다.
  2. 4.86㎛보다 작아야 한다.
  3. 2.43㎛보다 커야 한다.
  4. 4.86㎛보다 커야 한다.
(정답률: 30%)
  • 단일 모드 슬랩 도파로에서 짝수 TMO 모드만 전송하기 위한 컷오프 조건(Cut-off condition)을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $d < \frac{\lambda}{2\sqrt{n_1^2 - n_2^2}}$
    ② [숫자 대입] $d < \frac{0.85}{2\sqrt{1.55^2 - 1.54^2}}$
    ③ [최종 결과] $d < 2.43\mu m$
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78. 빛의 성질을 말할 때 다음 중 파동광학적으로 설명해야 할 현상은?

  1. 직진
  2. 반사
  3. 굴절
  4. 회절
(정답률: 55%)
  • 빛의 직진, 반사, 굴절은 기하광학(광선 광학)으로 설명이 가능하지만, 빛이 장애물을 돌아 나가는 회절이나 간섭 현상은 빛의 파동성에 기반한 파동광학으로만 설명할 수 있습니다.
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79. 공진기 길이가 30㎝인 레이저에서 능동 모드 락킹(mode locking)을 하기 위해 전기광학 변조기를 공진기내에 장치하였다. 변조기에 의한 셧터 열림시간 사이의 간격이 얼마나 되어야 모드락킹 펄스가 생성되는가? (단, 공진기내 굴절률은 1로 한다.)

  1. 10-9sec
  2. 2x10-9sec
  3. 10-8sec
  4. 2x10-8sec
(정답률: 알수없음)
  • 모드 락킹 펄스가 생성되려면 셔터 열림 간격이 공진기 내 빛의 왕복 시간(Round-trip time)과 일치해야 합니다.
    $$\text{왕복 시간 } T = \frac{2L}{c}$$
    $$T = \frac{2 \times 0.3}{3 \times 10^8}$$
    $$T = 2 \times 10^{-9} \text{ sec}$$
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80. 다음의 레이저 중에서 파장 가변레이저라고 할 수 없는 것은?

  1. Ti : Al2O3 레이저
  2. 자유전자 레이저
  3. KrF 레이저
  4. Dye 레이저
(정답률: 62%)
  • KrF 레이저는 엑시머 레이저의 일종으로, 특정 가스 분자의 전이 에너지 준위에 의해 파장이 결정되는 고정 파장 레이저입니다.

    오답 노트
    Ti : Al$_2$O$_3$ 레이저, 자유전자 레이저, Dye 레이저는 모두 파장 조절이 가능한 가변 파장 레이저입니다.
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