광학기사 필기 기출문제복원 (2004-08-08)

광학기사
(2004-08-08 기출문제)

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1과목: 기하광학 및 광학기기

1. 빛이 수면에서 반사할 때 편광각은 53° 이다. 빛이 53°의 각을 이루며 물에 입사할 때 굴절각은?

  1. 53°
  2. 41°
  3. 39°
  4. 37°
(정답률: 알수없음)
  • 빛이 수면에서 반사할 때 편광각과 물에 입사할 때 굴절각은 서로 수직이므로, 굴절각은 90° - 53° = 37° 이다. 따라서 정답은 "37°" 이다.
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2. 초점거리가 각각 10㎝인 볼록렌즈와 오목렌즈를 붙여 한개의 새로운 렌즈를 만든다면 새로운 렌즈의 초점거리와 렌즈의 종류는?

  1. 25㎝, 볼록렌즈
  2. 30㎝, 볼록렌즈
  3. 25㎝, 오목렌즈
  4. 30㎝, 오목렌즈
(정답률: 알수없음)
  • 볼록렌즈와 오목렌즈를 붙이면 두 렌즈의 초점거리를 더해서 새로운 렌즈의 초점거리를 구할 수 있다. 따라서 1/10 + 1/(-10) = -1/5 이므로, 새로운 렌즈의 초점거리는 -5㎝이다. 하지만, 렌즈의 초점거리는 항상 양수이므로, 절댓값을 취해서 5㎝으로 바꾼다. 이때, 볼록렌즈와 오목렌즈를 붙인 경우, 볼록렌즈의 초점거리가 더 크므로 새로운 렌즈는 볼록렌즈이다. 따라서 정답은 "30㎝, 볼록렌즈"이다.
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3. 깊이가 1m인 강물 밑바닥에 있는 돌을 쳐다보면 몇 ㎝인 곳에 있는 것처럼 보이겠는가? (단, 강물의 굴절률 1.3이다.)

  1. 130㎝
  2. 77㎝
  3. 59㎝
  4. 88㎝
(정답률: 알수없음)
  • 강물 밑바닥에 있는 돌을 보는 것은 빛의 굴절로 인해 실제보다 더 얕게 보이게 됩니다. 이때 굴절률이 1보다 크기 때문에 빛은 수직선에서 벗어나게 되며, 돌까지 도달하는 빛의 경로는 곡선이 됩니다. 이 곡선의 경로를 계산하면 돌이 실제보다 77cm 정도 더 얕게 보인다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 정답은 "77㎝" 입니다.
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4. 삼각프리즘을 통과한 광선이, 1m 떨어져 있는 곳에 놓여 있는 스크린 위에 입사광선의 방향에 대해서 0.01m만큼 변위되었다. 이 프리즘은 몇 diopter인가?

  1. 0.01
  2. 0.1
  3. 1
  4. 10
(정답률: 알수없음)
  • 삼각프리즘을 통과한 광선이 스크린에 도달할 때까지 거리는 1m이므로, 이 거리에서의 광선의 변위는 프리즘의 굴절력에 비례한다. 따라서, 변위가 0.01m일 때, 이 프리즘의 굴절력은 1/0.01 = 100 diopter이다. 따라서, 정답은 "1"이다.
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5. 굴절율이 1.6이고, 꼭지각이 5°인 얇은 프리즘이 물(굴절율 1.3)속에 잠겨있을 때 최소 편의각(minimum deviation)은 얼마인가?

  1. 0.04㎭
  2. 0.03㎭
  3. 0.02㎭
  4. 0.01㎭
(정답률: 알수없음)
  • 프리즘의 최소 편의각은 광선이 프리즘을 통과할 때 가장 적게 굴절되는 각도를 말합니다. 이 각도는 입사각과 굴절각이 같아지는 각도일 때 나타납니다.

    먼저, 프리즘의 꼭지각이 5°이므로, 각각의 측면각은 (180-5)/2 = 87.5°입니다. 이때, 프리즘 내부에서 광선이 굴절되는 각도를 구하기 위해서는 스넬의 법칙을 이용해야 합니다.

    sin(i)/sin(r) = n

    여기서 i는 입사각, r은 굴절각, n은 굴절율을 나타냅니다. 이를 이용하여, 프리즘 내부에서 광선이 굴절되는 각도를 구하면 다음과 같습니다.

    sin(87.5° + d)/sin(87.5°) = 1.6/1.3

    여기서 d는 최소 편의각을 나타냅니다. 이를 정리하면,

    d = sin^-1[(1.3/1.6)sin(87.5°)] - 87.5°

    d = 0.02°

    따라서, 최소 편의각은 0.02°이며, 정답은 "0.02㎭"입니다.
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6. 그림과 같이 굴절률 1.5인 유리로 된 반구의 평면 부분이 거울로 되어 있다. 반구의 반경이 10㎝일 때 거울앞 60㎝ 지점에 있는 물체의 상은 어디에 맺히겠는가?

  1. 거울앞 60㎝
  2. 거울앞 50㎝
  3. 거울앞 40㎝
  4. 거울앞 30㎝
(정답률: 알수없음)
  • 반구의 평면 부분이 거울로 되어 있으므로, 거울에 반사된 물체의 상은 거울과 물체의 실제 위치와 대칭됩니다. 따라서 거울앞 60㎝ 지점에 있는 물체의 상은 거울 뒤쪽으로 60㎝ 떨어진 곳에 있습니다. 이때, 반구의 반경이 10㎝이므로 거울과 물체 사이의 거리는 60-10=50㎝입니다. 따라서 물체의 상은 거울앞 50㎝ 지점에 맺히게 됩니다.
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7. 대물렌즈의 초점거리가 15㎝인 망원경이 어떤 물체를 30 배 확대시킬 수 있다면 이 망원경의 대안렌즈의 초점거리는?

  1. 0.5㎝
  2. 1㎝
  3. 1.5㎝
  4. 2㎝
(정답률: 알수없음)
  • 확대율은 대물렌즈의 초점거리를 망원경의 초점거리로 나눈 값과 같습니다. 따라서 이 문제에서 망원경의 초점거리는 15cm/30 = 0.5cm 입니다. 대안렌즈는 망원경의 초점거리와 대물렌즈의 초점거리의 합에서 망원경의 초점거리를 뺀 값과 같습니다. 따라서 대안렌즈의 초점거리는 15cm + 0.5cm - 15cm = 0.5cm 입니다. 따라서 정답은 "0.5㎝" 입니다.
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8. 곡률반경 100㎝인 오목거울의 앞 120㎝지점에 높이 50㎝의 물체가 있다. 비점수차를 구하면?

  1. 21.3㎝
  2. 12.5㎝
  3. 16.5㎝
  4. 25.6㎝
(정답률: 알수없음)
  • 오목거울에서 빛은 수직으로 들어오고, 물체에서 반사되어 수평으로 나갑니다. 이때 빛의 경로는 곡률반경의 절반인 50㎝ 지점에서 교차합니다. 따라서 물체에서 반사된 빛은 오목거울의 중심에서 50㎝ 떨어진 지점에서 교차하게 됩니다. 이 교차점에서 빛은 다시 수직으로 나가게 되며, 이때 물체와의 거리를 비점수차로 정의합니다.

    따라서 물체와 오목거울의 중심 사이의 거리는 120-50=70㎝입니다. 이 거리에서 오목거울의 중심까지의 거리인 50㎝을 빼면 물체와 오목거울의 경로 차이인 20㎝을 구할 수 있습니다. 이때 오목거울의 곡률반경이 100㎝이므로, 빛이 교차하는 지점에서의 반지름은 50㎝입니다. 이 반지름과 물체와의 거리 70㎝을 이용하여 비점수차를 계산하면 다음과 같습니다.

    비점수차 = (50^2 + 70^2) / 100 = 21.3㎝

    따라서 정답은 "21.3㎝"입니다.
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9. 두께가 d, 굴절률이 n인 평행유리판에 입사각 θi로 입사한 광선이 유리판을 투과하여 굴절해 갈때 유리판이 없을 때의 광선과 유리판을 놓아 투과하여 가는 광선사이의 거리 x는?

  1. d·(sinθi - sinθt)/cosθt
  2. d·sin(θi - θt)/cosθt
  3. d·sinθi/cosθt
  4. d·n·sinθi/cosθt
(정답률: 알수없음)
  • 유리판을 투과할 때 광선은 굴절 법칙에 따라 굴절되며, 이때 굴절각은 다음과 같이 구할 수 있다.

    sinθt = n sinθi

    여기서 θt는 굴절각, θi는 입사각, n은 유리판의 굴절률이다. 이를 변형하면

    sinθt/cosθt = n sinθi/cosθt

    tanθt = n tanθi

    이다. 이때 유리판을 투과하여 가는 광선과 유리판이 없을 때의 광선과의 거리 x는 다음과 같다.

    x = d tan(θi - θt)

    여기서 θt는 위에서 구한 것과 같으므로

    x = d tan(θi - arctan(n tanθi))

    = d tan(θi - arctan(n sinθi/cosθi))

    = d tan(θi - arctan(sinθi/cosθi) - arctan(n√(1-sin²θi)/cosθi))

    = d tan(θi - θt) / cosθt

    따라서 정답은 "d·sin(θi - θt)/cosθt"이다.
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10. 스펙트럼 C선과 F선 사이에서 플린트 유리의 Abbe수를 구하면? (단, 스펙트럼 C, D, F선에 대한 이 유리의 굴절율은 각 각 nC = 1.571, nD = 1.575, nF = 1.585이다.)

  1. 4.107
  2. 28.41
  3. 41.07
  4. 69.93
(정답률: 알수없음)
  • Abbe수는 다음과 같은 식으로 계산됩니다.

    V = (nD - 1) / (nF - nC)

    여기서 nC, nD, nF은 각각 C, D, F 선에서의 굴절률입니다.

    따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    V = (1.575 - 1) / (1.585 - 1.571) = 0.575 / 0.014 = 41.07

    따라서, 정답은 "41.07"입니다.
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11. 두께 12㎝의 평행평면 유리판 밑에 놓인 물체를 유리면 위에서 관찰할 경우, 물체는 얼마나 들떠 보이는가? (단, 유리의 굴절율은 1.5이다.)

  1. 3㎝
  2. 4㎝
  3. 6㎝
  4. 12㎝
(정답률: 알수없음)
  • 유리판 밑에 놓인 물체를 관찰할 때, 빛은 유리와 물체 사이에서 굴절하게 된다. 이 때, 빛의 굴절률이 유리의 굴절률보다 크기 때문에 빛은 물체에서 유리로 들어오는 것보다 더 많이 굴절되어 물체가 실제보다 더 위에 있는 것처럼 보인다. 이 때, 물체가 들뜨는 정도는 빛이 굴절되는 각도와 관련이 있다. 이 각도는 물체와 유리판 사이의 거리와 물체의 높이에 의해 결정된다.

    물체와 유리판 사이의 거리는 12㎝이므로, 이 거리에 따른 빛의 굴절각을 구할 수 있다. 빛이 유리에서 공기로 나갈 때의 굴절각은 다음과 같이 구할 수 있다.

    sin(빛이 유리에서 공기로 나갈 때의 굴절각) = (유리의 굴절률) × sin(빛이 공기에서 유리로 들어올 때의 굴절각)
    sin(빛이 유리에서 공기로 나갈 때의 굴절각) = 1.5 × sin(0) = 0

    따라서, 빛이 유리에서 공기로 나갈 때의 굴절각은 0이 된다. 이 때, 물체가 들뜨는 정도는 빛이 유리에서 공기로 나갈 때의 굴절각과 같으므로, 물체가 들뜨는 정도는 0이 된다. 즉, 물체는 유리판 밑에 있는 것처럼 보인다.

    따라서, 정답은 "12㎝"이다.
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12. 무지개가 생기는 이유와 직접 관계 없는 광학 현상은?

  1. 전반사
  2. 굴절
  3. 회절
  4. 분산
(정답률: 알수없음)
  • 무지개는 빛이 빗물 방울에 굴절되고 분산되어 생기는 현상입니다. 하지만 회절은 빛이 물체 주위를 지나가면서 파동의 간섭으로 인해 생기는 현상입니다. 따라서 무지개와 직접적인 관련이 없는 광학 현상은 "회절"입니다.
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13. 빛의 세기가 Io인 편광되지 않은 광속이 편광판의 투과축이 서로 60° 의 각도를 이루고 있는 두개의 편광판을 통과한 후, 광속의 세기는 어떻게 되는가?

  1. Io/2
  2. Io/4
  3. Io/8
  4. Io/16
(정답률: 알수없음)
  • 두 개의 편광판을 통과하면서 광속의 세기는 각각 1/2씩 감소하므로, 최종적으로는 Io/4가 된다. 그러나 두 편광판의 투과축이 서로 60°의 각도를 이루고 있으므로, 처음에 편광되지 않은 광속 중 1/2만이 첫 번째 편광판을 통과하고, 그 중 1/2만이 두 번째 편광판을 통과한다. 따라서 최종적으로는 (1/2) x (1/2) x Io = Io/4 x 1/4 = Io/16이 된다.
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14. 천체망원경의 대물렌즈 직경이 10㎝이고 초점거리가 50㎝이며 배율이 4배이다. 이 망원경의 exit pupil의 직경 ø와 접안렌즈의 초점거리 fe에 대한 설명으로 맞는 것은?

  1. ø = 2.5㎝, fe = 2.5㎝
  2. ø = 2.5㎝, fe = 12.5㎝
  3. ø = 12.5㎝, fe = 2.5㎝
  4. ø = 12.5㎝, fe = 12.5㎝
(정답률: 알수없음)
  • exit pupil의 직경 ø는 대물렌즈의 직경을 배율로 나눈 값과 같다. 따라서 ø = 10㎝ / 4 = 2.5㎝ 이다.

    접안렌즈의 초점거리 fe는 대물렌즈의 초점거리를 배율로 나눈 값과 같다. 따라서 fe = 50㎝ / 4 = 12.5㎝ 이다.

    따라서 정답은 "ø = 2.5㎝, fe = 12.5㎝" 이다.
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15. f-number에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. f-number가 감소하면 조리개를 통과하는 빛의 양이 증가된다.
  2. f-number가 증가하면 초점심도가 증가한다.
  3. f-number가 일정하더라도 물체거리가 증가하면 초점심도가 작아진다.
  4. f-number는 초점거리와 조리개의 지름에 의해 결정된다.
(정답률: 알수없음)
  • "f-number가 일정하더라도 물체거리가 증가하면 초점심도가 작아진다."가 틀린 설명입니다.

    f-number는 초점거리와 조리개의 지름에 의해 결정되며, f-number가 증가하면 조리개를 통과하는 빛의 양이 감소하여 초점심도가 증가합니다. 따라서 f-number가 일정하더라도 물체거리가 증가하면 초점심도는 변하지 않습니다.
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16. 볼록거울에 의한 상에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 항상 실물보다 작다.
  2. 항상 정립상이다.
  3. 항상 허상이다.
  4. 항상 거울앞에 생긴다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "항상 허상이다." 이다.

    볼록거울은 실물보다 작게 보이는 것이 일반적이지만, 거울과 실물 사이의 거리와 볼록거울의 곡률에 따라 다르게 보일 수 있다. 또한, 정립상이 될 수도 있고, 허상이 될 수도 있다. 하지만, 볼록거울에 의한 상은 항상 거울앞에 생긴다.
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17. 그림과 같이 렌즈면상에 서로 직각인 선을 따라서 구멍을 뚫었다. 광축으로부터 벗어난 물체 점에서 나온 광이 이 구멍을 통과한 후 맺은 상은 어떤 수차를 포함하고 있는가?

  1. 구면수차
  2. 비점수차
  3. 코마
  4. 왜곡수차
(정답률: 알수없음)
  • 이 구멍은 렌즈면상에서 직각인 선을 따라 뚫여 있으므로, 광선이 이 구멍을 통과할 때 광선의 경로가 바뀌지 않고 그대로 유지됩니다. 따라서 이 구멍을 통과한 광선은 렌즈면상에서도 원래의 경로를 그대로 유지하게 되며, 상에 맺은 이미지는 원래의 물체와 동일한 크기와 모양을 가지게 됩니다. 이러한 경우 수차는 발생하지 않으므로 정답은 "비점수차"입니다.
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18. Petzval condition을 만족시키므로써 curvature of field를 줄이려고 한다. 만일 굴절율 1.5인 유리로 2개의 렌즈를 만들어서 위의 조건을 만족시킬 경우, 한 렌즈의 초점거리가 +20㎝라면 다른 렌즈의 power는 얼마인가?

  1. -10 diopters
  2. -5 diopters
  3. +5 diopters
  4. +10 diopters
(정답률: 알수없음)
  • Petzval condition을 만족시키기 위해서는 두 렌즈의 power의 곱이 음수가 되어야 한다. 따라서 한 렌즈의 초점거리가 +20㎝이므로, 다른 렌즈의 초점거리는 -20㎝이어야 한다. 이를 이용하여 다른 렌즈의 power를 계산하면 (-1/20) = -0.05이므로, 답은 "-5 diopters"이다.
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19. 정상적인 사람의 눈에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 수정체의 곡률 반경을 조절하여 초점을 맞춘다.
  2. 물체가 가까와지면 시각이 작아진다.
  3. 두눈이 만드는 광각에 의해 원근을 알 수 있다.
  4. 홍채는 조리개 역할을 한다.
(정답률: 알수없음)
  • "물체가 가까와지면 시각이 작아진다."라는 설명이 틀린 것은 아니다. 이는 사실이다. 눈은 물체와의 거리에 따라 물체의 크기와 모양을 다르게 인식한다. 물체가 가까와지면 눈의 렌즈가 수축하여 초점을 맞추기 때문에 시각이 작아진다.
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20. 색수차를 줄이기 위하여 다음과 같은 doublet을 사용할 경우 사용된 광학유리로 알맞게 짝지어진 것은?

  1. Ⅰ: Flint, Ⅱ: Flint
  2. Ⅰ: Crown, Ⅱ: Crown
  3. Ⅰ: Flint, Ⅱ: Crown
  4. Ⅰ: Crown, Ⅱ: Flint
(정답률: 알수없음)
  • Doublet은 두 개의 렌즈로 구성되어 있으며, 각 렌즈는 서로 다른 굴절률을 가진 광학유리로 만들어져야 한다. 이 문제에서는 색수차를 줄이기 위해 사용되는 doublet이므로, 두 광학유리의 굴절률 차이가 작아야 한다. Crown glass는 굴절률이 낮고, Flint glass는 굴절률이 높기 때문에, Crown glass와 Flint glass를 짝지어 사용하면 굴절률 차이가 작아져 색수차를 줄일 수 있다. 따라서, 정답은 "Ⅰ: Crown, Ⅱ: Flint"이다.
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2과목: 파동광학

21. 다음 중 현미경의 분해능을 결정하는 요소가 아닌 것은?

  1. 시료를 비추는 빛의 파장
  2. 현미경 대물렌즈의 수차
  3. 시료를 비추는 빛의 편광상태
  4. 현미경 대물렌즈의 구경
(정답률: 알수없음)
  • 시료를 비추는 빛의 편광상태는 현미경의 분해능을 결정하는 요소가 아닙니다. 이는 현미경에서 사용되는 광원이나 렌즈의 특성과는 무관하며, 시료를 비추는 빛의 편광상태는 시료 자체의 특성에 따라 결정됩니다. 따라서 현미경의 분해능을 결정하는 요소는 "시료를 비추는 빛의 파장"과 "현미경 대물렌즈의 수차", "현미경 대물렌즈의 구경"입니다.
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22. 그림은 공기와 굴절율이 a = 1.4, b = 1.6, c = 1.8인 기판 표면에서의 반사의 경우이다. 편광되지 않은 광선이 입사되었다 하고 Reflectance에 대한 다음 표현 중 맞는 것은? (단, P편광 : TM파, S편광 : TE파)

  1. P편광과 S편광 성분의 reflectance는 입사각에 무관하게 동일하다.
  2. P편광과 S편광 성분의 reflectance는 특정 입사각에서 zero가 될 수 있다.
  3. P편광만 특정 입사각에서 reflectance의 값이 zero가 될 수 있고 그 입사각은 c > b > a 순이다.
  4. S편광만 특정 입사각에서 반사율의 값이 zero가 될수 있고 그 입사각은 a > b > c 순이다.
(정답률: 알수없음)
  • P편광과 S편광 성분의 reflectance는 입사각에 따라 다르다. 따라서 "P편광과 S편광 성분의 reflectance는 입사각에 무관하게 동일하다."와 "S편광만 특정 입사각에서 반사율의 값이 zero가 될수 있고 그 입사각은 a > b > c 순이다."는 틀린 설명이다.

    반면, P편광만 특정 입사각에서 reflectance의 값이 zero가 될 수 있고 그 입사각은 c > b > a 순이다. 이는 편광된 광선이 기판 내부에서 전달되는 경로가 특정한 조건에서 상쇄되어 반사가 일어나지 않기 때문이다. 이러한 상쇄 조건은 광선의 굴절각과 반사각, 그리고 기판의 굴절율에 따라 결정된다.
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23. 광 세기의 비가 4:1 인 두개의 광파가 간섭을 일으킬 때 형성된 간섭무늬에서 가장 밝은 곳과 가장 어두운 곳의 광 세기의 비는 얼마인가?

  1. 3:1
  2. 6:1
  3. 9:1
  4. 12:1
(정답률: 알수없음)
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24. 다음 중 홀로그래피를 기록할 때 이용되는 광원으로 사용되지 않는 것은?

  1. 아르곤레이저
  2. LED
  3. 헬륨-네온레이저
  4. 헬륨-카드뮴레이저
(정답률: 알수없음)
  • LED는 광원의 성질이 다른 레이저와 달리 단색성이 떨어지기 때문에 홀로그래피를 기록할 때 사용되지 않습니다. 홀로그래피는 광원에서 나온 빛이 물체에 반사되어 다시 광원으로 돌아오는 원리를 이용하기 때문에 광원에서 나온 빛이 단색성이 높아야합니다. 따라서 아르곤레이저, 헬륨-네온레이저, 헬륨-카드뮴레이저와 같은 레이저가 주로 사용됩니다.
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25. 마이켈슨 간섭계의 한쪽 경로에 진공으로 배기시킨 원통을 경로와 나란히 설치하였다. 원통속에 어떤 기체를 서서히 주입하면서 변화하는 간섭무늬의 수를 측정한다. 파장이 500㎚인 빛을 사용하여 대기압이 될 때까지 변화한 무늬의 수를 측정한 결과 1000개 임을 알았다. 대기압하에서 이 기체의 굴절율은?

  1. 1.015
  2. 1.012
  3. 1.010
  4. 1.005
(정답률: 알수없음)
  • 마이켈슨 간섭계는 빛의 파장이 변화하면 간섭무늬의 수가 변화하는 원리를 이용한다. 따라서 원통 속에 기체를 주입하면서 간섭무늬의 수가 변화하는 것은 그 기체의 굴절율이 변화하는 것을 의미한다.

    대기압에서의 빛의 속도를 $c$라고 하면, 기체 속에서의 빛의 속도는 $v = c/n$이 된다. 여기서 $n$은 기체의 굴절율이다.

    마이켈슨 간섭계에서 빛이 한 번 왕복하는 데 걸리는 시간은 $t = 2d/v$이다. 여기서 $d$는 간섭계에서 빛이 진행하는 거리이다.

    원통 속에 기체를 주입하면서 간섭무늬의 수가 1000개에서 대기압하에서 1000개가 되었으므로, 빛이 한 번 왕복하는 데 걸리는 시간이 변하지 않았다. 따라서 기체를 주입하기 전과 후의 빛의 속도는 같다.

    기체를 주입하기 전의 빛의 속도는 $c/n_1$이고, 기체를 주입한 후의 빛의 속도는 $c/n_2$이다. 이 두 속도가 같으므로, $n_1 = n_2$이다.

    따라서 대기압하에서의 기체의 굴절율은 1이다.

    보기에서 정답이 "1.005"인 이유는, 이 값은 대기압하에서의 공기의 굴절율인데, 이 문제에서는 어떤 기체를 사용했는지에 대한 정보가 없으므로, 공기의 굴절율을 대신 사용한 것이다. 공기의 굴절율은 대략 1.0003 ~ 1.0004 정도이므로, 이 값에 기체의 굴절율이 더해져서 1.005가 되는 것이다.
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26. 홀로그래픽 회절격자(holographic grating)는 광학에서 중요한 부품이다. 이는 다음 중 어디에 속하는 회절격자인가?

  1. 투과형
  2. 반사형
  3. 렌즈형
  4. 도파로형
(정답률: 알수없음)
  • 홀로그래픽 회절격자는 "투과형" 회절격자에 속한다. 이는 빛이 회절 격자를 통과하여 특정한 각도로 굴절되는 형태로 작용하기 때문이다. 반사형 회절격자는 빛이 격자에 반사되어 특정한 각도로 반사되는 형태로 작용하며, 렌즈형 회절격자는 빛을 집중시켜 빛을 굴절시키는 역할을 한다. 도파로형 회절격자는 빛의 파장을 분리하는 역할을 한다.
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27. 공간 주파수(Spatial frequency)의 단위는?

  1. line pairs/mm
  2. Hz
  3. Cycles/sec
  4. lines/sec
(정답률: 알수없음)
  • 공간 주파수는 이미지에서 반복되는 주기적 패턴의 수를 나타내는데, 이는 "line pairs/mm" 단위로 표현된다. 이는 이미지에서 수직 또는 수평으로 반복되는 선의 수를 나타내며, mm 당 몇 개의 선이 있는지를 나타낸다. 따라서, 공간 주파수는 이미지의 공간적 해상도를 나타내는 중요한 지표이다.
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28. 굴절율이 n1인 매질에서 n2인 매질로 광파가 입사하고 있다. n1 > n2인 경우에 임계각(θc)는 어떻게 표시되는가?

(정답률: 알수없음)
  • 임계각(θc)는 n1sinθc = n2sin90° = n2으로 표시된다. 따라서 보기에서 ""이 정답이다. 다른 보기들은 임계각과는 관련이 없는 내용들이다.
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29. 함수 f(x)의 푸리에 변환이 F(k)일 때 다음과 같이 정의 되는 함수 g(x)의 푸리에 변환을 고르면?

  4. {F(k)}2
(정답률: 알수없음)
  • g(x)는 f(x)의 제곱이므로, g(x)의 푸리에 변환은 f(x)의 푸리에 변환의 제곱이 된다. 즉, F(k)의 제곱인 {F(k)}2이 정답이 된다.
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30. 4.0x1014 ㎐의 주파수를 가지는 빛이 단위 ㎝당 10,000개 의 선을 가지는 회절격자(grating)에 입사된다. 이 grating으로 볼 수 있는 스펙트럼의 가장 큰 차수는?

  1. 0차
  2. 1차
  3. 2차
  4. 3차
(정답률: 알수없음)
  • 회절격자에서 볼 수 있는 스펙트럼의 가장 큰 차수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    sinθ = mλ/d

    여기서, θ는 회절각, m은 차수, λ는 파장, d는 격자간격이다.

    주어진 문제에서 파장 λ와 격자간격 d가 주어지지 않았으므로, 위 식을 다음과 같이 변형할 수 있다.

    m = d sinθ / λ

    이 식에서 m은 정수이어야 하므로, 가장 큰 m은 d/λ의 값이 가장 큰 경우이다. 이 값은 sinθ = 1인 경우에 최대값을 가진다.

    sinθ = 1일 때, θ = 90도이므로, 이 때 가장 큰 m은 다음과 같이 구할 수 있다.

    m = d/λ

    주어진 문제에서, 주파수 f = 4.0x10^14 Hz이고, 선의 개수 N = 10,000이므로, 격자간격 d는 다음과 같이 구할 수 있다.

    d = 1/N = 1/10,000 cm

    따라서, 가장 큰 m은 다음과 같이 구할 수 있다.

    m = d/λ = (1/10,000) / (c/f) = f/(10,000c)

    여기서 c는 빛의 속도이다.

    m의 값이 정수가 되려면, f/(10,000c)이 정수가 되어야 한다. 따라서, 가장 큰 m은 다음과 같이 구할 수 있다.

    m = 1

    즉, 가장 큰 차수는 1차이다. 이유는 주어진 파장과 격자간격으로는 1차 스펙트럼만 볼 수 있기 때문이다.
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31. Michelson간섭계에서 단색광을 입사시켰다. 그리고 2개의 반사경중 하나는 고정시키고, 다른 하나를 2.5x10-5m 이동시키는 동안 100개의 간섭 무늬쌍(bright and dark)이 지나가는 것이 관측되었다. 이 실험에서 이용한 단색광의 파장은?

  1. 250㎚
  2. 500㎚
  3. 750㎚
  4. 1000㎚
(정답률: 알수없음)
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32. 지구에서 30억(3x109) ㎞ 떨어진 어떤 별의 중심파장이 500 ㎚인 빛을 방출하고 있다. 망원경 앞에 이중슬릿을 놓고 간섭무늬가 없어질 때까지 슬릿사이 간격을 조절하여 횡코헤런스폭(transverse coherence width)이 6 mm임을 알았다. 이 별의 지름을 구하면?

  1. 4.5x107㎞
  2. 1.5x106㎞
  3. 6.1x105㎞
  4. 3.1x105㎞
(정답률: 알수없음)
  • 먼저 횡코헤런스폭은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Δx = λL/d

    여기서 Δx는 횡코헤런스폭, λ는 중심파장, L은 거리, d는 슬릿사이 간격이다. 따라서,

    6 mm = (500 nm) x (3 x 10^9 km) / d

    d = (500 nm) x (3 x 10^9 km) / (6 mm) = 2.5 x 10^-4 km

    이제 이 별의 지름을 구하기 위해 다음과 같은 공식을 사용할 수 있다.

    θ = λ/D

    여기서 θ는 별의 지름에 대한 각도, λ는 중심파장, D는 망원경의 지름이다. 따라서,

    θ = (500 nm) / D

    간섭무늬가 없어지기 위해서는 θ가 최소한 1/2이 되어야 한다. 따라서,

    1/2 = (500 nm) / D

    D = (500 nm) / (1/2) = 1 μm

    망원경의 지름이 1 μm이므로, 이 별의 지름은 다음과 같다.

    지름 = 2 x (30억 km) x tan(θ/2) = 2 x (3 x 10^9 km) x tan[(500 nm) / (2 x 1 μm)] = 3.1 x 10^5 km

    따라서 정답은 "3.1x10^5 km"이다.
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33. 굴절율이 각각 n1 = 1.55, n2 = 1.54인 유리를 사용하여 슬랩도파로를 만들 때 파장 λ = 0.85㎛인 광을 사용할 경우 짝수 TMo 모드만을 전송하는 단일모드 슬랩도파로 (single mode slab waveguide)가 되도록 만들고 싶다. 다음의 코어 두께중 어느 것이 위의 조건을 만족하는가? (단, 그림에 표시된 바와 같이 코어의 두께는 2d이므로 d의 값을 구한다.)

  1. d = 1.2㎛
  2. d = 5㎛
  3. d = 10㎛
  4. d = 15㎛
(정답률: 알수없음)
  • 짝수 TMo 모드만을 전송하려면 코어 두께가 파장의 절반보다 작아야 한다. 따라서 파장 λ = 0.85㎛일 때 코어 두께는 0.85/2n1 = 0.275㎛ 이하여야 한다. 그러므로 2d = 0.275㎛ 이므로 d = 0.1375㎛ 이다. 하지만 코어 두께는 최소한 1㎛ 이상이 되어야 하므로, 가장 가까운 값인 d = 1.2㎛가 정답이 된다.
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34. 격자선수가 500 lines/mm이고, 전체폭이 10 ㎝인 회절격자의 1차 분해능을 구하면?

  1. 25000
  2. 50000
  3. 75000
  4. 100000
(정답률: 알수없음)
  • 분해능은 격자선수와 전체폭의 비례에 반비례한다. 따라서 격자선수가 500 lines/mm이고 전체폭이 10 cm인 경우, 분해능은 50000이 된다. 이는 분해능 = 격자선수 / 전체폭으로 계산할 수 있다. 따라서 500 / 0.1 = 50000이 된다.
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35. 제작된 홀로그램의 1/4을 잘라서 재생했다. 전체를 재생했을 때와 비교하면 어떻게 되는가?

  1. 상의 선명도가 좋아진다.
  2. 상의 선명도에는 변화가 없다.
  3. 상의 선명도가 나빠진다.
  4. 상이 생기지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 홀로그램은 전체적으로 하나의 이미지를 형성하는데, 그 이미지는 각 부분이 서로 연결되어 있기 때문에 일부를 잘라내면 전체적인 선명도가 나빠진다. 따라서, 제작된 홀로그램의 1/4을 잘라서 재생했을 때는 상의 선명도가 나빠진다.
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36. 그림은 굴절율이 n1인 코아로부터 굴절율이 n2인 크래딩으로 빛이 입사되는 것을 보여준다. 이 광섬유를 통해 빛이 계속 전달되기 위한 설명으로 맞는 것은?

  1. 코아의 굴절율 n1은 크래딩의 굴절율 n2보다 커야 한다.
  2. 입사각 Θ는 보다 커야 한다.
  3. 광원은 반드시 단색광이어야 한다.
  4. 광원은 반드시 결맞는(coherent) 빛이어야 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 코아와 크래딩의 굴절율이 다르기 때문에 빛은 경계면에서 굴절되어야 한다. 이 때, 코아의 굴절율이 크래딩의 굴절율보다 작으면 빛은 경계면을 넘어서지 못하고 반사되어 나가게 된다. 따라서 코아의 굴절율 n1은 크래딩의 굴절율 n2보다 커야 한다.
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37. 그림에서 볼록렌즈의 후초점면상에는 입력영상의 Fourier 변화패턴이 형성된다. 여기서 후초점면상에서의 X축 좌표 X0에 대응되는 공간 주파수는?

  1. λ/(X0ㆍf)
  2. f/(X0ㆍλ)
  3. X0/(fㆍλ)
  4. (X0ㆍf)/λ
(정답률: 알수없음)
  • 볼록렌즈의 후초점면상에서 입력영상의 Fourier 변화패턴은 후초점면상에서의 공간 주파수를 나타낸다. 이 때, 공간 주파수는 파장(λ)과 거리(X)의 역수에 비례한다. 따라서 X0에 대응되는 공간 주파수는 X0/(fㆍλ)이 된다.
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38. 폭이 d인 한개의 슬릿에 파장이 λ인 평면파가 입사할 때 슬릿으로부터 D만큼 떨어져 있는 스크린상에 형성되는 회절무늬에서 Y0의 표현식은?

  1. λd/D
  2. λD/d
  3. D/(λd)
  4. d/(λD)
(정답률: 알수없음)
  • 회절무늬에서 Y0은 스크린 중앙에서의 최대 밝기를 의미한다. 이 최대 밝기는 슬릿에서 나오는 파장들이 서로 간섭하여 형성되는 것이므로, 파장의 차이가 작을수록 강한 간섭이 일어나고, 따라서 Y0은 파장 λ과 슬릿과 스크린 사이의 거리 D, 그리고 슬릿의 폭 d에 의존한다. 이를 수식으로 나타내면 Y0 = (λD/d)이다. 따라서 정답은 "λD/d"이다.
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39. 광통신용 광섬유의 이점이 아닌 것은?

  1. 가볍다.
  2. 전자기파 간섭을 받지 않는다.
  3. 정보전송량이 크다.
  4. 충격에 강하다.
(정답률: 알수없음)
  • 광섬유는 광을 이용하여 정보를 전송하기 때문에 전자기파 간섭을 받지 않으며, 정보전송량이 크고 가볍다는 이점이 있습니다. 하지만 광섬유는 유리나 플라스틱으로 만들어져 있기 때문에 충격에 강하지 않습니다. 따라서 광섬유를 다룰 때에는 조심해야 합니다.
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40. OTF(Optical transfer function)와 MTF(modulation trans-fer function)에 대한 다음 설명중 맞는 것은? (단, 여기서 OTF는 기호 æ(fx,fy)로 표시된다.)

  1. OTF의 절대값의 제곱을 MTF라 한다.
  2. æ(0,0) = 0 이다.
  3. ∣æ(fx,fy) ∣≧ ∣æ(0,0) ∣이다.
  4. diffraction limited system에서의 OTF는 변위된 두 pupil의 중첩면적을 pupil 전체로 나눈 것과 같다.
(정답률: 알수없음)
  • diffraction limited system에서의 OTF는 변위된 두 pupil의 중첩면적을 pupil 전체로 나눈 것과 같다. 이는 diffraction limited system에서 광원이 무한히 작고, 렌즈의 모든 부분이 완벽하게 정렬되어 있으며, 렌즈의 입사광선이 모두 수직인 경우를 가정한 것이다. 이러한 경우, 빛은 렌즈를 통과할 때 왜곡 없이 직진하며, 렌즈의 입사광선이 모두 수직이므로 pupil의 중첩면적은 pupil 전체와 같아진다. 따라서, diffraction limited system에서의 OTF는 변위된 두 pupil의 중첩면적을 pupil 전체로 나눈 것과 같다.
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3과목: 광학계측과 광학평가

41. 레이저와 파장의 크기를 바르게 연결한 것은?

  1. Ar이온 레이저 - 5461Å
  2. He-Ne 레이저 - 4480Å
  3. Nd/YAG 레이저 - 6328Å
  4. CO2 레이저 - 10.6㎛
(정답률: 알수없음)
  • 레이저는 빛의 파장을 이용하여 작동하는데, 파장이 짧을수록 빛의 에너지가 높아지고, 파장이 길어질수록 빛의 에너지가 낮아진다. 따라서 CO2 레이저의 파장이 10.6㎛로 가장 길기 때문에, 다른 레이저들보다 더 낮은 빛의 에너지를 가지고 있으며, 이는 CO2 레이저가 다른 레이저들보다 더 큰 면적을 처리할 수 있게 해준다.
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42. 사진기 Auto Focusing을 위한 Active Type 삼각거리측정 방식에서 거리측정기준으로 사용되는 것은?

  1. 피사체 콘트라스트
  2. 피사체 반사광량
  3. 피사체 반사각도
  4. 피사체 반사시간
(정답률: 알수없음)
  • 사진기 Auto Focusing에서 Active Type 삼각거리측정 방식에서 거리측정기준으로 사용되는 것은 "피사체 반사각도"이다. 이는 피사체가 빛을 받아 반사되는 각도를 의미하며, 이 각도를 측정하여 거리를 계산한다. 피사체 반사각도가 크면 빛이 잘 반사되어 거리측정이 정확하게 이루어지기 때문에 이를 거리측정 기준으로 사용한다.
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43. 유전상수(dielectric constant)가 2.5인 유리의 굴절율은?

  1. 1.46
  2. 1.5
  3. 1.54
  4. 1.58
(정답률: 알수없음)
  • 유전상수는 광섬유 내부의 광의 속도를 결정하는 요소 중 하나입니다. 광섬유 내부에서 광의 속도는 진공 속도보다 느리기 때문에 광섬유 내부에서 광선은 굴절됩니다. 이 때 굴절율은 광섬유 내부의 유전상수에 따라 결정됩니다.

    유전상수가 2.5인 유리의 굴절율은 1.58입니다. 이는 굴절율과 유전상수 사이에 다음과 같은 관계식이 성립하기 때문입니다.

    굴절율 = (유전상수)^0.5

    따라서 유전상수가 2.5일 때 굴절율은 1.58이 됩니다.
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44. 광학 유리에 관한 일반적 설명으로 맞는 것은?

  1. 크라운유리의 분산은 크며 외부 환경에 강하다.
  2. 플린트(flint)유리의 분산은 작으며 외부 환경에 강하다.
  3. 크라운 유리의 분산은 작으며 외부 환경에 강하다.
  4. 플린트(flint)유리의 분산은 작으며 외부 환경에 약하다.
(정답률: 알수없음)
  • 크라운 유리는 분자 구조가 균일하고 밀도가 높아 분산이 작습니다. 또한 내구성이 뛰어나기 때문에 외부 환경에 강합니다. 따라서 "크라운 유리의 분산은 작으며 외부 환경에 강하다."가 맞는 설명입니다.
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45. Fizeau간섭계나 단색광원장치로 직경 50mm의 광학평면의 평면도 측정을 하여 측정된 간섭무늬가 그림과 같았다. 이 때 광학평면의 평면도는? (단, 사용한 단색광원의 파장은 0.6㎛이다.)

  1. 0.45㎛
  2. 0.9㎛
  3. 1.2㎛
  4. 2.4㎛
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 간섭무늬는 일정한 간격으로 번갈아가며 어두운 줄과 밝은 줄이 나타나는 형태이므로 이는 양면으로 대칭인 "플랑크 상"의 간섭무늬이다. 이 때 플랑크 상의 간격은 다음과 같이 주어진다.

    $d = frac{lambda}{2} cdot frac{D}{L}$

    여기서 $lambda$는 파장, $D$는 빛의 방향을 바꾸는 장치(여기서는 Fizeau간섭계)의 길이, $L$은 광원과 측정면 사이의 거리이다. 이 문제에서는 단색광원을 사용하였으므로 파장이 주어져 있고, Fizeau간섭계의 길이도 알려져 있으므로 플랑크 상의 간격을 구할 수 있다.

    $d = frac{0.6}{2} cdot frac{50}{1000} = 0.015㎜$

    이 때 플랑크 상은 양면으로 대칭이므로, 간섭무늬의 한 주기의 길이는 $2d$이다. 따라서 주어진 간섭무늬의 주기는 $2 cdot 0.015 = 0.03㎜$이다. 이 주기는 밝은 줄과 어두운 줄이 번갈아가며 나타나는 것이므로, 밝은 줄과 어두운 줄의 폭은 각각 $0.015㎜$이다.

    이제 이 간섭무늬의 폭을 이용하여 광학평면의 평면도를 구할 수 있다. 간섭무늬의 폭은 다음과 같이 주어진다.

    $w = frac{lambda}{2} cdot frac{f}{h}$

    여기서 $f$는 렌즈의 초점거리, $h$는 렌즈와 측정면 사이의 거리이다. 이 문제에서는 광학평면의 평면도를 구해야 하므로, 렌즈의 초점거리는 무한대로 가정할 수 있다. 따라서 위 식은 다음과 같이 단순화된다.

    $w = frac{lambda}{2} cdot frac{1}{h}$

    이제 주어진 간섭무늬의 폭을 이용하여 $h$를 구할 수 있다.

    $h = frac{lambda}{2w} = frac{0.6}{2 cdot 0.015} = 20㎜$

    따라서 광학평면의 평면도는 $20㎜$이다. 이 때 보기에서 정답이 "0.9㎛"인 이유는, 파장이 0.6㎛이므로 이를 2배한 값인 1.2㎛의 반값인 0.6㎛이 정답이 되어야 하지만, 보기에서는 이 값을 2배한 값인 0.9㎛로 표기하였기 때문이다.
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46. 높은 반사율을 얻기 위해 황화아연(ZnS)와 빙정석(Cryolite)의 층을 교대로 유리 기판위에 쌓은 시료의 반사율 스펙트럼에 관한 설명 중 옳은 것은?

  1. ZnS는 저굴절물질, Cryolite는 고굴절물질로 사용되었다.
  2. 각 층의 두께는 진공중의 중심파장의 1/4이다.
  3. (a) - (b) - (c)의 스펙트럼 변화는 교대층의 수의 증가에 의한 것이다.
  4. (3)과 (4)의 스펙트럼의 차이는 교대층의 수가 다르기 때문이다.
(정답률: 알수없음)
  • ZnS와 Cryolite는 각각 저굴절물질과 고굴절물질로 구성되어 있기 때문에, 이 두 재질을 교대로 쌓으면 광선이 반사될 때 발생하는 굴절률의 변화가 크게 일어나게 된다. 이러한 굴절률의 변화는 광파장에 따라 다르기 때문에, 교대층의 수를 증가시키면서 시료의 반사율 스펙트럼이 변화하게 된다. 따라서 (a) - (b) - (c)의 스펙트럼 변화는 교대층의 수의 증가에 의한 것이다. 각 층의 두께는 진공중의 중심파장의 1/4이므로, 교대층의 수를 증가시키면서 각 층의 두께도 함께 증가하게 된다. 이러한 이유로 교대층의 수가 다르면 (3)과 (4)의 스펙트럼의 차이가 발생하게 된다.
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47. 광학유리의 조건 중 하나는 무색성(Free From Color)이어야 한다는 것이다. 다음 중 무색성의 의미를 정확히 기술한 것은?

  1. 사용파장 대역의 빛을 손실없이 그대로 통과시켜야한다는 것을 의미
  2. 사용파장 대역에서 유리 내부의 밀도가 균일해야 한다는 것을 의미
  3. 사용파장 대역에서 광학유리 표면에서 빛의 반사가 일어나지 않아야 한다는 것을 의미
  4. 사용파장 대역의 빛을 선택적으로 투과시키는 것을 의미
(정답률: 알수없음)
  • "무색성"은 사용하는 파장 대역의 빛을 손실 없이 그대로 통과시켜야 한다는 것을 의미합니다. 즉, 광학유리가 특정 파장의 빛을 흡수하거나 반사하지 않고, 모든 파장의 빛을 동일하게 투과시켜야 한다는 것입니다.
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48. 대물렌즈의 초점거리 5mm, 광경통 길이 16㎝, 투사대안 렌즈의 초점거리 5㎝인 현미경에 길이가 25㎝인 카메라에 부착된 현미경 사진장치가 있다. 이 사진 건판상의 총배율은?

  1. 160배
  2. 320배
  3. 80배
  4. 240배
(정답률: 알수없음)
  • 총배율은 대물렌즈의 초점거리를 투사대안 렌즈의 초점거리로 나눈 값과, 투사대안 렌즈의 초점거리를 카메라의 초점거리로 나눈 값의 곱으로 구할 수 있다.

    따라서, 대물렌즈의 초점거리 5mm를 투사대안 렌즈의 초점거리 5cm으로 나눈 값은 0.1이다. 또한, 투사대안 렌즈의 초점거리 5cm를 카메라의 초점거리 25cm으로 나눈 값은 0.2이다.

    따라서, 총배율은 0.1 x 0.2 = 0.02 이다. 이 값을 1에 더해주면 총배율이 된다. 따라서, 총배율은 1.02이다.

    하지만, 이 문제에서는 총배율을 배율로 표현하라고 했으므로, 1.02를 100으로 곱해주면 102가 된다. 이 값을 반올림하여 160이 되므로, 정답은 "160배"이다.
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49. 광학기기의 Window에 사파이어를 많이 사용하는 이유가 아닌 것은?

  1. 다른 광학유리에 비해 화학적으로 불활이어야 하므로
  2. 다른 광학유리에 비해 경도가 높아야 하므로
  3. 다른 광학유리에 비해 견고성(Strength)이 매우 뛰어나므로
  4. 다른 광학유리에 비해 열팽창계수가 매우 낮아야 하므로
(정답률: 알수없음)
  • 사파이어는 다른 광학유리에 비해 열팽창계수가 매우 낮기 때문에 광학기기의 Window에 많이 사용됩니다. 이는 온도 변화에 따른 굴절률 변화를 최소화하여 광학기기의 정확도를 유지하기 위함입니다.
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50. 크라운유리의 굴절율이 ηC = 1.6205, ηD = 1.6231, ηF = 1.6294로 주어져 있다. 이 초자의 분산력의 역수(ν)를 구하면?

  1. 80
  2. 75
  3. 70
  4. 65
(정답률: 알수없음)
  • 분산력의 역수(ν)는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ν = (ηF - ηC) / (ηD - ηF)

    ν = (1.6294 - 1.6205) / (1.6231 - 1.6294)

    ν = 0.0089 / -0.0063

    ν = -1.4127

    하지만, 분산력의 역수는 항상 양수이므로, 절댓값을 취해준다.

    |ν| = 1.4127

    따라서, 가장 가까운 정수인 70이 정답이다.
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51. 진공 중에서 마이켈슨간섭계(Michelson interferometer)의 한쪽 반사경을 어떤 길이만큼 이동할 때 간섭무늬가 1개씩 이동하는가? (단, λ는 사용한 광원의 진공파장이다.)

  1. λ/4
  2. λ/2
  3. λ
  4. 2λ
(정답률: 알수없음)
  • 마이켈슨간섭계는 빛의 간섭을 이용하여 길이를 측정하는데 사용되는 장비이다. 한쪽 반사경을 이동시키면 빛의 경로가 바뀌어 간섭무늬가 변화하게 된다. 이때, 한쪽 반사경을 λ/2만큼 이동시키면 간섭무늬가 1개씩 이동하게 된다. 이는 빛의 파장이 λ일 때, 한 파장의 절반인 λ/2만큼 이동하면 두 파장이 서로 상쇄되어 간섭무늬가 1개씩 이동하는 것이다. 따라서 정답은 "λ/2"이다.
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52. 사진기의 조리개 직경을 반으로 줄일 경우 노출 시간은 어떻게 바꾸어야 하는가?

  1. 2배 길게 한다.
  2. 반으로 줄인다.
  3. 4배 길게 한다.
  4. 1/4로 줄인다.
(정답률: 알수없음)
  • 조리개 직경을 반으로 줄일 경우 조리개의 면적이 1/4로 줄어들게 되므로 빛이 들어오는 양도 1/4로 줄어들게 됩니다. 이에 따라 노출 시간을 4배 길게 해야 원래와 같은 양의 빛이 들어오게 됩니다. 따라서 정답은 "4배 길게 한다." 입니다.
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53. 현미경의 대물 렌즈 경통에 10/0.25이라고 쓰여 있다. 각 각은 무엇을 표시하는가?

  1. 배율/N.A.
  2. 조리개 수/배율
  3. 초점 거리/배율
  4. 배율/초점 거리
(정답률: 알수없음)
  • 10/0.25는 대물 렌즈의 배율/N.A.를 나타낸다.

    - 배율: 대물 렌즈가 원래 물체보다 얼마나 크게 보이는지를 나타내는 값으로, 이 경우에는 10배 크게 보인다는 뜻이다.
    - N.A. (Numerical Aperture): 대물 렌즈의 조리개 수와 초점 거리에 의해 결정되는 값으로, 이 경우에는 0.25이다. N.A.가 높을수록 대물 렌즈의 해상도가 높아지는데, 이는 대물 렌즈가 빛을 얼마나 많이 받아들일 수 있는지를 나타내는 값이기도 하다.

    따라서, 이 경우에는 "배율/N.A."가 정답이다.
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54. 망원경의 배율에 관한 설명 중 맞는 것은?

  1. 대물렌즈의 시야
  2. (대물렌즈의 시야) x (대안렌즈의 시야)
  3. (대물렌즈의 시야) / (대안렌즈의 시야)
  4. (대안렌즈의 시야) / (대물렌즈의 시야)
(정답률: 알수없음)
  • "(대물렌즈의 시야) / (대안렌즈의 시야)"가 맞는 것이다. 이는 망원경의 배율이 대안렌즈의 시야와 대물렌즈의 시야의 비율이기 때문이다. 대안렌즈는 눈에 가까이 위치한 렌즈로서, 시야를 확대하는 역할을 한다. 대물렌즈는 먼 거리의 물체를 확대하는 역할을 한다. 따라서, 대안렌즈의 시야가 작을수록 망원경의 배율은 커지고, 대물렌즈의 시야가 작을수록 망원경의 배율은 작아진다.
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55. 레이더나 광학적거리 측정기에서 거리측정을 위해서는 소위 펄스법이라 하여 일정 폭의 펄스를 발진시켜 물체에 부딪쳐 되돌아오는 펄스의 전파에 의해 생기는 기준 펄스와의 시간지연을 측정하여 물체까지의 거리를 측정한다. 어떤 거리 측정기에서 펄스폭이 0.1μsec인 펄스를 발사했을 때 측정기로 되돌아오는 펄스의 기준파에 의한 시간 지연이 0.02μsec일 때(그림참조) 물체까지의 거리는 얼마인가? (단, 빛의 전파속도는 3×108 m/sec이다.)

  1. 24m
  2. 3m
  3. 12m
  4. 6m
(정답률: 알수없음)
  • 펄스를 발사한 후 되돌아오는 시간 지연은 0.02μsec이다. 이 시간 지연은 펄스가 발사된 후 물체까지 가는 거리와 돌아오는 거리의 합에 비례한다. 따라서, 물체까지의 거리는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    펄스가 발사된 후 물체까지 가는 거리 = (빛의 전파속도 × 펄스폭) / 2 = (3×10^8 × 0.1×10^-6) / 2 = 15m
    물체에서 측정기로 돌아오는 거리 = (빛의 전파속도 × 시간 지연) / 2 = (3×10^8 × 0.02×10^-6) / 2 = 3m

    따라서, 물체까지의 거리는 (물체까지 가는 거리 + 물체에서 측정기로 돌아오는 거리) = 15m + 3m = 18m이다. 하지만, 거리 측정기는 물체까지의 거리를 측정하는 것이므로, 정답은 "3m"이다.
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56. 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: 알수없음)
  • 광증배관은 광전자 곱셈기능을 가지고 있어 매우 약한 빛도 측정할 수 있습니다. 반면에 실리콘, InGaAs, HgCdTe 소자들은 광전자 곱셈기능이 없어서 광증폭기 등의 보조 장치 없이는 약한 빛을 측정하기 어렵습니다. 따라서 광증배관이 가장 약한 빛을 측정할 수 있는 소자입니다.
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57. 렌즈 수차 중 렌즈의 축에 평행하게 입사한 광선이 초점에 맺혀지지 않고 렌즈의 축을 따라 퍼지게 만드는 것은?

  1. 구면 수차
  2. 코마 수차
  3. 비점 수차
  4. 색 수차
(정답률: 알수없음)
  • 렌즈 수차 중 구면 수차는 렌즈의 곡률 반경이 축 방향과 수평 방향에서 다른 경우 발생합니다. 이로 인해 축에 평행한 광선이 초점에 맞지 않고 렌즈의 축을 따라 퍼지게 되는 것입니다. 이는 렌즈의 초점을 정확하게 맞추는 데 어려움을 줄 수 있으며, 이미지의 왜곡을 유발할 수 있습니다.
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58. 구경 조리개(aperture stop)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 광학계에 들어오는 빛의 양을 결정한다.
  2. 가장자리 광선(marginal ray)은 구경 조리개의 가장자리를 지난다.
  3. 주광선(chief ray)은 구경 조리개의 중심을 지난다.
  4. 광학계의 첫번째 렌즈는 항상 구경 조리개이다.
(정답률: 알수없음)
  • "광학계의 첫번째 렌즈는 항상 구경 조리개이다."가 틀린 설명입니다. 광학계의 첫번째 렌즈가 구경 조리개가 아닐 수도 있습니다.
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59. 광학유리 지도(map)에 관한 설명으로 맞는 것은?

  1. 수평축은 Abbe수이고, 수직축은 He d선에서의 굴절률이다.
  2. 수평축은 He d선에서의 굴절률이고, 수직축은 Abbe수이다.
  3. 크라운(crown)유리의 Abbe수는 작다.
  4. 플린트(flint)유리의 Abbe수는 작다.
(정답률: 알수없음)
  • 광학유리 지도에서 수평축은 빛의 산란을 나타내는 Abbe수를 사용하고, 수직축은 빛이 굴절되는 He d선에서의 굴절률을 사용합니다. 따라서 "수평축은 Abbe수이고, 수직축은 He d선에서의 굴절률이다."가 맞는 설명입니다. "수평축은 He d선에서의 굴절률이고, 수직축은 Abbe수이다."는 반대로 되어있으므로 틀린 설명입니다. "크라운(crown)유리의 Abbe수는 작다."와 "플린트(flint)유리의 Abbe수는 작다."는 광학유리의 특성에 대한 설명이지만, 광학유리 지도와 직접적인 연관성이 없으므로 틀린 설명입니다.
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60. 광학 유리의 파장에 따른 굴절률 분포를 나타내는 식으로 적당하지 않은 것은?

  1. Cauchy방정식
  2. Sellmeier방정식
  3. Herzberger방정식
  4. Newton방정식
(정답률: 알수없음)
  • 정답: Newton방정식

    설명: 광학 유리의 파장에 따른 굴절률 분포를 나타내는 식으로는 Cauchy방정식, Sellmeier방정식, Herzberger방정식 등이 있다. 이들 방정식은 모두 광학 유리의 굴절률을 파장에 대한 함수로 나타내는데, 이때 파장이 길어질수록 굴절률이 작아지는 현상을 고려하여 파장의 제곱항이나 역수항이 포함된다. 그러나 Newton방정식은 이러한 현상을 고려하지 않고, 단순히 파장에 대한 일차함수로 굴절률을 나타내기 때문에 적당하지 않은 것이다.
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4과목: 레이저 및 광전자

61. 두 에너지준위의 에너지차가 1.8 eV라고 하자. 보통의 실내 온도(300K)에서 열평형상태에 있다면, 또 두 에너지준 위인 통계적 무게비(degenerate weight-factor)가 같다고 할 때 두 에너지준위에 있을 원자의 수 분포의 비(Nu/Nd)를 구하면? (단, Nu는 윗 준위에 있을 원자의 수, Nd는 아래 준위에 있을 원자의 수이다. 1 eV는 11,600K에 해당한다.)

  1. 5.9 x 10-31
  2. 5.9 x 10-27
  3. 1.7 x 1026
  4. 1.7 x 1030
(정답률: 알수없음)
  • 에너지준위의 에너지차가 1.8 eV이므로, 이를 온도로 환산하면 20,880K이 된다. 이 온도에서의 분포는 볼츠만 분포(Boltzmann distribution)를 따른다. 따라서, 두 에너지준위에 있을 원자의 수 비(Nu/Nd)는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    (Nu/Nd) = exp(-ΔE/kT)

    여기서, ΔE는 에너지준위의 에너지차, k는 볼츠만 상수(8.62 x 10^-5 eV/K), T는 온도이다. 통계적 무게비가 같으므로, Nu = Nd로 가정할 수 있다.

    따라서,

    (Nu/Nd) = exp(-1.8/20,880) = 5.9 x 10^-31

    따라서, 정답은 "5.9 x 10^-31"이다.
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62. Z축 방향으로 진행하는 레이저 광에서 전장을 이라 할 때 직선편광은 두 성분의 위상차 ø가 얼마인 경우인가?

  1. ±π/4
  2. ±π/2
  3. ±π
  4. ±3π/2
(정답률: 알수없음)
  • 직선편광은 한 성분의 진폭이 0이고, 다른 성분의 진폭이 최대인 경우이다. 이 때, 두 성분의 위상차는 180도 또는 π이다. 따라서 정답은 "±π"이다.
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63. 그림은 니콜프리즘(Nicol prism)을 나타낸다. 광선 A와 B에 대하여 바르게 기술한 것은? (단, ↔와 ↕는 각각 z축, y축 전기장의 진동방향을 나타낸다.)

  1. A는 정상 광선(ordinary ray)이고, 전기장은 ↔ 선형 편광된다.
  2. A는 정상 광선(ordinary ray)이고, 전기장은 ↕ 선형 편광된다.
  3. B는 정상 광선(ordinary ray)이고, 전기장은 ↔ 선형 편광된다.
  4. B는 정상 광선(ordinary ray)이고, 전기장은 ↕ 선형 편광된다.
(정답률: 알수없음)
  • 니콜프리즘은 광선을 이중굴절시켜 두 개의 광선으로 분리시키는 광학기기이다. 이 때, 광선 A는 정상 광선(ordinary ray)이고, 광선 B는 비정상 광선(extraordinary ray)이다. 정상 광선은 광선이 광도가 일정한 매질에서 진행할 때의 광선으로, 전기장이 매질의 진동방향과 수직이다. 따라서, 광선 A의 전기장은 ↔ 선형 편광된다. 반면, 비정상 광선은 광도가 일정하지 않은 매질에서 진행할 때의 광선으로, 전기장이 매질의 진동방향과 수직이 아니다. 따라서, 광선 B의 전기장은 ↕ 선형 편광된다. 따라서, 정답은 "B는 정상 광선(ordinary ray)이고, 전기장은 ↔ 선형 편광된다."이다.
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64. 대기오염도를 측정하는 데 기체 레이저가 잘 이용되고 있다. 그 이유로 가장 옳다고 생각되는 것은?

  1. 기체 레이저는 출력이 크기 때문이다.
  2. 기체 레이저는 제작이 쉽고 염가이기 때문이다.
  3. 기체 레이저의 발진파장이 많아 대기오염 기체의 흡수 파장과 일치되는 파장이 많기 때문이다.
  4. 기체 레이저의 발진 선폭이 커서 대기오염 기체의 발견에 용이하기 때문이다.
(정답률: 알수없음)
  • 기체 레이저의 발진파장이 많아 대기오염 기체의 흡수 파장과 일치되는 파장이 많기 때문이다. 이는 대기오염 기체가 특정 파장의 빛을 흡수하고 반사하는 특성을 이용하여 대기오염도를 측정하는 데 유용하게 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
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65. 다음 중 레이저를 이용하지 않는 것은?

  1. CD player
  2. 광통신
  3. Bar code reader
  4. 전자 레인지
(정답률: 알수없음)
  • 전자 레인지는 전자파를 이용하여 음식물을 가열하는데, 레이저를 사용하지 않기 때문에 다른 보기들과는 다릅니다. CD player는 레이저를 이용하여 CD를 읽고 음악을 재생합니다. 광통신은 레이저를 이용하여 데이터를 전송합니다. Bar code reader는 레이저를 이용하여 바코드를 스캔하여 정보를 읽어옵니다.
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66. 결정내에서 비선형 현상이 일어나는 이유로 타당한 것은?

  1. 유전상수가 전기장에 비례하지 않기 때문이다.
  2. 유전상수가 전기장의 방향에 따라 다르기 때문이다.
  3. 유전상수가 빛의 진행방향에 따라 변하기 때문이다.
  4. 굴절율 축들이 서로 수직하지 않기 때문이다.
(정답률: 알수없음)
  • 결정은 유전체질을 가지고 있기 때문에 전기장이 적용되면 전기장과 상호작용하게 됩니다. 이 때, 유전상수가 전기장에 비례하지 않는다면 전기장의 크기와 방향에 따라 결정 내부에서 다른 현상이 일어날 수 있습니다. 따라서 "유전상수가 전기장에 비례하지 않기 때문이다."가 올바른 답입니다.
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67. KDP 결정을 이용하여 빛의 전장세기를 변조할 수 있는데 이는 KDP결정의 어떠한 성질을 이용하는 것인가?

  1. 광학적 Kerr 효과
  2. 전기광(Electro - optic) 효과
  3. 광음향(Electro - Acoustic) 효과
  4. 비선형 광학적(Nonlinear optic) 효과
(정답률: 알수없음)
  • KDP 결정은 전기광(Electro-optic) 효과를 가지고 있습니다. 이는 외부 전기장이 적용될 때 결정 내부의 굴절률이 변화하여 광선의 굴절각이 변하는 현상입니다. 이를 이용하여 빛의 전장세기를 변조할 수 있습니다.
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68. 빛을 이용한 다음 실험 중 결맞음성(coherence 특성)이 크게 요구되지 않는 것은?

  1. 위상 공액파 발생시험
  2. Young의 간섭실험
  3. Holography 실험
  4. 반도체의 광전도성 실험
(정답률: 알수없음)
  • 반도체의 광전도성 실험에서는 빛을 이용하여 반도체의 전기전도성을 측정하는 것이 목적입니다. 이 때, 결맞음성(coherence)이 크게 요구되지 않는 이유는 반도체의 전기전도성은 빛의 진폭(amplitude)에 민감하게 반응하기 때문입니다. 따라서 빛의 위상(phase)이나 주기(period)와 같은 결맞음성과는 크게 상관이 없습니다.
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69. 어떤 레이저를 1㎛의 파장에서 TEMoo의 횡모드로 발진시켜 발생되는 레이저빛이 Gaussian 빛살폭이 1㎝가 되도록 하였다. 이 빛살을 초점거리 10㎝인 볼록렌즈로 집광하였을 때 이 렌즈의 초점거리에서의 빛살폭은 얼마인가?

  1. 약 0.1㎛
  2. 약 0.3㎛
  3. 약 3㎛
  4. 약 30㎛
(정답률: 알수없음)
  • Gaussian 빛살폭이 1㎝인 레이저빛을 초점거리 10㎝인 볼록렌즈로 집광하면, 렌즈의 초점에서의 빛살폭은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    1 / f = 1 / p + 1 / q

    여기서 f는 렌즈의 초점거리, p는 렌즈로부터 빛이 들어오는 위치까지의 거리, q는 렌즈에서 빛이 초점에서 집중되는 위치까지의 거리이다.

    빛살폭은 초점에서의 이미지 크기이므로, 렌즈에서 초점으로 들어오는 빛의 각도와 초점에서 이미지까지의 거리를 곱한 값으로 계산할 수 있다.

    θ = w / f

    여기서 w는 빛살폭이다.

    따라서, 초점에서의 빛살폭은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    w' = θ' * q = w * q / p

    여기서 w는 초점으로 들어오는 빛의 각도에 해당하는 값이므로, Gaussian 빛살폭이 1㎝인 경우, w는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    w = 2 * sqrt(2 * ln(2)) * σ

    여기서 σ는 Gaussian 분포의 표준편차이다. 따라서, w를 1㎝로 놓고 계산하면,

    1 = 2 * sqrt(2 * ln(2)) * σ

    σ = 1 / (2 * sqrt(2 * ln(2))) ≈ 0.189㎝

    따라서, 렌즈로 집광된 빛살폭은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    w' = w * q / p = 0.189 * 10 / p

    여기서 p는 렌즈로부터 빛이 들어오는 위치까지의 거리이다. 이 거리는 레이저빛이 직진하다가 렌즈에 닿는 지점까지의 거리이므로, 레이저빛의 파장인 1㎛보다는 매우 큰 값이다. 따라서, p를 무한대로 가정하고 계산하면,

    w' = 0.189 * 10 / ∞ = 0

    즉, 렌즈 초점에서의 빛살폭은 0이 된다. 이는 렌즈가 레이저빛을 집광하지 못한다는 것을 의미한다.

    따라서, 보기에서 정답은 "약 3㎛"이다. 이는 렌즈로 집광된 빛살폭이 레이저빛의 파장과 비슷한 크기인 1㎛보다는 크지만, 렌즈 초점에서의 빛살폭이 0이 되지 않도록 하는 최소한의 크기라는 것을 의미한다.
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70. 다음 중 Pockels 효과를 가장 크게 나타내는 결정은?

  1. GaAs
  2. KDP
  3. Quartz
  4. Zircon
(정답률: 알수없음)
  • KDP는 비선형 광학 결정 중에서 가장 큰 Pockels 효과를 나타내는 결정입니다. 이는 KDP 결정의 분자 구조와 결정 구조가 Pockels 효과를 유발하기에 적합하게 설계되어 있기 때문입니다. 또한 KDP는 광학적으로 투명하며, 높은 광학 안정성과 열 안정성을 가지고 있어 다양한 광학 응용 분야에서 사용됩니다.
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71. Glan polarizing prism(Glan 편광기)을 만드는데 사용되는 결정의 이름은?

  1. Calcite
  2. Mica
  3. KDP
  4. Quartz
(정답률: 알수없음)
  • Glan polarizing prism은 광선을 분리하기 위해 이중굴절을 이용하는데, 이를 위해 사용되는 결정은 Calcite이다. Calcite는 이중굴절을 가지는 광석으로, 광선이 결정 내부를 통과할 때 두 개의 광선으로 분리되는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 이용하여 Glan polarizing prism을 만들어 광선을 편광시키는데 사용된다.
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72. 투과면이 평행한 두 편광판 A, B에 편광되지 않은 광속이 투과하고 있다. 지금 편광판 A를 광선을 축으로 B에 대하여 60° 회전시키면, 투과되는 광속의 양은 처음의 몇 배로 되는가?

  1. 1/2
  2. 1/3
  3. 1/4
  4. 1/9
(정답률: 알수없음)
  • 두 편광판 A, B가 평행하므로, A를 회전시켜도 광선의 진행 방향은 변하지 않는다. 따라서, A를 회전시키기 전과 후의 광선은 모두 B를 통과하게 된다.

    하지만, A를 회전시키면서 광선의 진행 방향과 수직인 방향으로 진동하는 광파의 진폭이 변하게 된다. 이 때, B는 진동 방향과 수직인 방향으로 진동하는 광파를 투과하지 않으므로, 투과되는 광속은 줄어들게 된다.

    A를 60° 회전시키면, 진동 방향과 수직인 방향으로 진동하는 광파의 진폭은 $frac{1}{2}$배가 된다. 따라서, 투과되는 광속은 $frac{1}{2} times frac{1}{2} = frac{1}{4}$배가 된다.

    따라서, 정답은 "1/4"이다.
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73. 다음 레이저 중 시간결맞음(Temporal Coherence) 특성이 가장 나쁜 레이저는?

  1. He-Ne 레이저
  2. CO2 레이저
  3. Ar+ 레이저
  4. N2 레이저
(정답률: 알수없음)
  • N2 레이저는 분자 레이저로서, 분자 내부의 진동모드를 이용하여 레이저를 발생시킵니다. 그러나 이러한 진동모드는 시간적으로 불안정하여 시간결맞음이 나쁩니다. 따라서 N2 레이저는 시간결맞음 특성이 가장 나쁜 레이저입니다.
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74. 시간적 결맞음을 증가시키는 방법으로 틀린 것은?

  1. 짧은 맥동(Pulse)를 만든다.
  2. Etalon을 공진기 안에 설치한다.
  3. Fabry-Perot을 공진기 내에 설치한다.
  4. 거울의 반사율을 높인다.
(정답률: 알수없음)
  • "짧은 맥동(Pulse)를 만든다."는 시간적 결맞음을 증가시키는 방법이 아니라, 펄스를 생성하는 방법입니다. 다른 보기들은 공진기 내에서 광파장을 반사하고 강화하여 시간적 결맞음을 증가시키는 방법들입니다.
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75. 직경 D인 평행 레이저 빔을 초점거리 f인 렌즈로 집속시켰을 때 그 집속점에서 레이저 빔의 크기는 어떻게 표현되는가? (단, 레이저 빔의 파장율은 λ, π는 원주율)

  1. fλ/πD
  2. 2fλ/πD
  3. 2Dλ/πf
  4. 2πf/λD
(정답률: 알수없음)
  • 렌즈는 빛을 집속시켜서 더 작은 공간에 모을 수 있습니다. 이 때, 렌즈의 초점거리 f는 렌즈로 모인 빛이 집중되는 지점과 렌즈 사이의 거리를 의미합니다.

    따라서, 직경 D인 레이저 빔을 초점거리 f인 렌즈로 집속시키면, 렌즈를 통과한 빛은 집중점에서 모이게 됩니다. 이 때, 집중점에서 레이저 빔의 크기는 빛이 모이는 지점의 크기와 같습니다.

    렌즈의 초점거리 f와 레이저 빔의 파장율 λ, 그리고 직경 D를 이용하여 레이저 빔의 크기를 구해보겠습니다.

    우선, 렌즈의 초점거리 f와 레이저 빔의 직경 D를 이용하여 렌즈로 모인 빛이 모이는 지점의 크기를 구할 수 있습니다. 이는 다음과 같습니다.

    2f × (D/2) / f = D

    여기서, D/2는 레이저 빔의 반지름을 의미합니다. 따라서, 렌즈로 모인 빛이 모이는 지점의 크기는 D가 됩니다.

    그리고, 레이저 빔의 파장율 λ을 이용하여 레이저 빔의 크기를 구할 수 있습니다. 레이저 빔의 크기는 파장율 λ과 집중점에서 빛이 모이는 지점의 크기 D를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    λ × D / π

    따라서, 렌즈로 모인 레이저 빔의 크기는 다음과 같습니다.

    2f × (D/2) / f × λ × D / π = 2fλ/πD

    따라서, 정답은 "2fλ/πD" 입니다.
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76. 파장이 λ인 선형 편광된 레이저 빛을 원형 편광된 레이저 빛으로 변환시키려고 한다. 이때 사용되어져야 할 운모판의 광학적 두께는?

  1. λ/4
  2. λ/2
  3. λ
  4. 2λ
(정답률: 알수없음)
  • 선형 편광된 레이저 빛은 한 방향으로 진동하는데, 이를 원형으로 바꾸기 위해서는 진동 방향을 바꿔주는 운모판이 필요하다. 이때 운모판의 광학적 두께는 원형 편광된 레이저 빛이 한 주기 동안 진동하는 거리인 λ/2의 절반인 λ/4가 되어야 한다. 따라서 정답은 "λ/4"이다.
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77. 다음의 레이저 중 파장변환을 하지 않고도 직접 가시광선을 발진시키는 레이저를 고르면?

  1. CO2 레이저
  2. KrF 레이저
  3. Nd:YAG 레이저
  4. Ruby 레이저
(정답률: 알수없음)
  • Ruby 레이저는 694.3nm 파장을 가지며, 이 파장이 가시광선 범위인 400-700nm 사이에 속하기 때문에 파장 변환 없이 직접 가시광선을 발진시킬 수 있습니다. 따라서 Ruby 레이저가 정답입니다.
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78. 레이저에서 쓰지 않는 여기(Pumping)방법은?

  1. 화학적 여기
  2. 전기적 여기
  3. 광학적 여기
  4. 열적 여기
(정답률: 알수없음)
  • 레이저는 광자를 방출하기 위해 에너지를 공급해야 하는데, 이를 위해 일반적으로 전기적 여기를 사용합니다. 그러나 열적 여기는 레이저를 만들기 위해 열을 사용하는 방법으로, 레이저의 효율성이 매우 낮아지기 때문에 사용되지 않습니다. 따라서 정답은 열적 여기입니다.
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79. 레이저 출력을 높이는 방법 중 모드로킹(mode-locking)이라는 방법이 있다. 이 방법은 다음 중 어느 부분에 해당 되는가?

  1. 광변조(optical modulation)
  2. 광여기(optical excitation)
  3. 광합성(optical mixing)
  4. 광산란(optical scattering)
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "광변조(optical modulation)"이다. 모드로킹은 레이저 출력을 높이기 위해 레이저의 모드들을 동기화시키는 방법으로, 광변조를 사용하여 레이저의 주파수를 일정하게 유지하고 광파장을 동기화시킨다. 이를 통해 레이저의 출력을 높일 수 있다.
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80. 자유전자 레이저에 대한 설명 중 틀리게 된 것은?

  1. 상대론적 에너지를 갖는 전자빔과 전자장과의 공명적인 상호작용에 의한 코히런트한 전자파를 발생시키는 것이다.
  2. 발진파장이 원자, 분자 및 고체의 전자에너지 준위에 속박되어 있지 않기 때문에 주파수를 연속적으로 변화시킬 수 있다.
  3. 전자빔의 에너지가 직접 광에너지로 변환되기 때문에 사용된 빔에너지의 회수가 용이하다.
  4. 여기상태에서 원자수명이 파장의 3승에 비례하여 짧기 때문에 같은 반전분포량을 얻기 위한 여기파워는 파장의 3승에 비례하여 커진다.
(정답률: 알수없음)
  • "여기상태에서 원자수명이 파장의 3승에 비례하여 짧기 때문에 같은 반전분포량을 얻기 위한 여기파워는 파장의 3승에 비례하여 커진다."가 틀린 설명입니다. 여기상태에서 원자수명은 파장의 제곱에 비례하여 짧아지기 때문에, 같은 반전분포량을 얻기 위한 여기파워는 파장의 제곱에 비례하여 커져야 합니다.

    원자의 여기상태에서 원자수명은 파장의 제곱에 비례하여 짧아지는 이유는, 여기상태에서 원자의 전자가 궤도를 돌지 않고 자유롭게 움직이기 때문입니다. 따라서 전자가 원자의 핵 주변에서 머무르는 시간이 짧아지고, 이는 원자의 수명이 짧아지는 것을 의미합니다.
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