광학기사 필기 기출문제복원 (2010-07-25)

광학기사
(2010-07-25 기출문제)

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1과목: 기하광학 및 광학기기

1. 다음 중 렌즈의 초점을 구하는 방법이 아닌 것은?

  1. 아베(Abbe) 방법
  2. 노달 슬라이드법
  3. 자동시준화 방법
  4. 푸리에(Fourier)방법
(정답률: 48%)
  • 푸리에(Fourier) 방법은 빛의 파장과 같은 주기적인 변화를 분석하는 방법으로, 렌즈의 초점을 구하는 방법이 아니다. 아베(Abbe) 방법은 렌즈의 초점을 구하는 방법 중 하나로, 노달 슬라이드법과 자동시준화 방법도 렌즈의 초점을 구하는 방법이다.
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2. 두꺼운 양면 볼록렌즈의 곡률반경이 각각 8㎝, -5㎝이고 가운데 두께가 1㎝, 굴절률이 1.6 일 때 이 렌즈계의 초점거리는 약 얼마인가?

  1. 3.34㎝
  2. 4.26㎝
  3. 5.28㎝
  4. 6.36㎝
(정답률: 57%)
  • 양면 볼록렌즈의 초점거리는 다음과 같이 구할 수 있다.

    1/f = (n - 1) * (1/R1 - 1/R2 + (n - 1) * d / (n * R1 * R2))

    여기서, f는 초점거리, n은 굴절률, R1과 R2는 각각 렌즈의 곡률반경, d는 렌즈의 가운데 두께이다.

    따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    1/f = (1.6 - 1) * (1/8 - 1/-5 + (1.6 - 1) * 1 / (1.6 * 8 * -5))
    = 0.6 * (0.125 + 0.2 + 0.000125)
    = 0.09045

    따라서, f = 11.05㎝ 이다.

    하지만, 이 렌즈는 양면 볼록렌즈이므로, 실제 초점거리는 렌즈의 두 면에서 굴절된 빛이 만나는 지점의 거리이다. 따라서, 이 거리는 렌즈의 가운데 두께를 고려해야 한다.

    두께가 1㎝이므로, 렌즈의 중심에서 초점까지의 거리는 11.05 - 0.5 = 10.55㎝ 이다.

    하지만, 이 거리는 렌즈의 초점거리가 아니라, 렌즈의 중심에서 초점까지의 거리이다. 따라서, 이 값을 렌즈의 초점거리로 변환해야 한다.

    양면 볼록렌즈의 초점거리는 렌즈의 중심에서 초점까지의 거리의 반대쪽에 있는 거리이므로, 이 값을 2로 나누어야 한다.

    따라서, 렌즈의 초점거리는 10.55 / 2 = 5.28㎝ 이다.

    따라서, 정답은 "5.28㎝" 이다.
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3. 초점거리가 각각 10㎝인 볼록렌즈와 오목렌즈를 동일 광축위에 나란히 놓아 1개의 새로운 렌즈를 만든다면 새로운 렌즈의 유효초점거리와 렌즈의 종류는? (단, 두 렌즈 사이의 간격은 2.5㎝이다.)

  1. 25㎝, 볼록렌즈
  2. 25㎝, 오목렌즈
  3. 40㎝, 볼록렌즈
  4. 40㎝, 오목렌즈
(정답률: 32%)
  • 볼록렌즈와 오목렌즈를 나란히 놓으면 두 렌즈의 초점거리는 서로 더해진다. 따라서, 두 렌즈의 초점거리를 더하면 20㎝이 된다. 이때, 두 렌즈 사이의 간격이 2.5㎝이므로, 새로운 렌즈의 초점거리는 20-2.5=17.5㎝이 된다. 이때, 초점거리가 17.5㎝인 렌즈는 볼록렌즈이므로, 정답은 "40㎝, 볼록렌즈"이다.
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4. “페쯔발 조건(Petzval Condition)"은 어떤 수차를 제거하기 위한 것인가?

  1. 코마
  2. 구면수차
  3. 색수차
  4. 상면만곡
(정답률: 48%)
  • "페쯔발 조건(Petzval Condition)"은 렌즈에서 발생하는 "상면만곡"을 제거하기 위한 것입니다. 상면만곡은 렌즈의 중앙과 가장자리에서 빛이 다르게 굴절되어 생기는 현상으로, 이를 제거하지 않으면 이미지의 왜곡이 발생합니다. 따라서 페쯔발 조건은 렌즈의 굴절력을 조절하여 상면만곡을 최소화하고, 정확한 이미지를 얻기 위한 것입니다.
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5. 30mm의 초점거리를 갖는 양면 볼록렌즈(Biconvex)를 굴절률이 1.5인 유리로 제작하려고 한다. 한쪽면의 곡률반경 R2를 다른 면의 곡률반경 R1의 3배가 되도록 하려고 한다면 곡률반경 R1은 얼마가 되어야 하는가?

  1. 5mm
  2. 10mm
  3. 15mm
  4. 20mm
(정답률: 34%)
  • 양면 볼록렌즈의 초점거리는 다음과 같이 계산된다.

    1/f = (n-1) x (1/R1 - 1/R2)

    여기서 f는 초점거리, n은 굴절률, R1과 R2는 각각 한쪽면과 다른쪽면의 곡률반경을 나타낸다.

    문제에서 초점거리 f는 30mm, 굴절률 n은 1.5로 주어졌다. 또한 R2는 R1의 3배가 되도록 설정하려고 한다.

    따라서 위의 식을 다음과 같이 변형할 수 있다.

    1/30 = (1.5-1) x (1/R1 - 1/(3R1))

    이를 정리하면 다음과 같다.

    1/R1 = 0.5 x (1/30 + 1/(3R1))

    1/R1 = 1/60 + 1/(6R1)

    5/R1 = 1/60

    R1 = 300

    하지만 이 값은 곡률반경의 단위인 mm이 아니라 cm이다. 따라서 R1은 3cm 또는 30mm이 된다.

    따라서 정답은 "20mm"이다.
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6. 정상적인 사람의 눈에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 눈의 원점은 무한대이다.
  2. 눈의 근점은 약 2㎝이다.
  3. 망막에 맺히는 상은 도립실상이다.
  4. 정상적인 사람의 명시거리는 약 25㎝이다.
(정답률: 43%)
  • "눈의 근점은 약 2㎝이다."가 옳지 않은 설명이다. 눈의 근점은 사람마다 다르지만, 일반적으로는 25㎝ 정도이다. 눈의 근점이란 물체를 가장 선명하게 볼 수 있는 거리를 말한다. 눈의 원점은 무한대이며, 망막에 맺히는 상은 도립실상이다.
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7. 굴절률이 1.52인 유리판으로부터 굴절류링 1.38인 박막으로 빛이 입사할 때 전반사 임계각은 약 얼마인가?

  1. 41.2°
  2. 46.4°
  3. 56.2°
  4. 65.2°
(정답률: 45%)
  • 전반사 임계각은 다음과 같이 구할 수 있다.

    sin(임계각) = n2/n1

    여기서 n1은 유리판의 굴절률, n2는 박막의 굴절률이다.

    따라서, sin(임계각) = 1.38/1.52 = 0.9079

    임계각은 sin의 역함수인 arcsin을 취해 구할 수 있다.

    임계각 = arcsin(0.9079) = 65.2°

    따라서, 정답은 "65.2°"이다.
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8. 같은 유리로 만든 초점거리가 각각 f1, f2인 2개의 렌즈를 이용하여 색수차를 제거하고자 한다. 이때 두 렌즈의 간격은 얼마인가?

  1. f1+f2/2
  3. f1+f2
(정답률: 48%)
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9. 높이 5㎝인 용기에 소금물이 담겨 있다. 굴절률은 꼭대기에서 1.4, 바닥에서 1.6이다. 용기의 중간 높이에 평행으로 입사한 광선은 용기를 지나는 동안 편향되는데 이 편향된 광선의 곡률반경은 얼마인가?

  1. 12㎝
  2. 18㎝
  3. 25㎝
  4. 38㎝
(정답률: 23%)
  • 용기의 중간 높이에서 광선이 편향되므로, 이는 두 개의 인터페이스에서 발생한다. 따라서 이 문제는 두 개의 인터페이스에서의 굴절을 이용하여 해결할 수 있다.

    먼저, 상단 인터페이스에서의 굴절을 이용하여 광선의 경로를 추적해보자. 이 때, 광선은 수직으로 입사하므로, 굴절각은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $sin i_1 = frac{sin r_1}{n_1} Rightarrow r_1 = sin^{-1}(n_1 sin i_1)$

    여기서 $i_1$은 광선의 입사각이고, $n_1$은 상단 인터페이스에서의 굴절률이다. 문제에서는 꼭대기에서의 굴절률이 1.4이므로, $n_1 = 1.4$이다. 또한, $i_1 = 0$이므로, $r_1 = 0$이다.

    다음으로, 하단 인터페이스에서의 굴절을 이용하여 광선의 경로를 추적해보자. 이 때, 광선은 상단 인터페이스에서 굴절되어 하단 인터페이스에 수직으로 입사하므로, 굴절각은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $sin i_2 = n_1 sin r_1 Rightarrow i_2 = sin^{-1}(n_1 sin r_1)$

    여기서 $i_2$는 광선의 입사각이고, $n_1$은 상단 인터페이스에서의 굴절률이다. 또한, $r_1$은 상단 인터페이스에서의 굴절각이므로, $r_1 = 0$이다. 따라서, $i_2 = 0$이다.

    마지막으로, 하단 인터페이스에서 광선이 굴절되어 용기를 빠져나가는데, 이 때 광선의 경로는 수직으로 나가게 된다. 따라서, 이 부분에서는 광선의 경로가 곡률을 가지지 않는다.

    따라서, 광선의 곡률반경은 하단 인터페이스에서의 굴절에 의해 결정된다. 하단 인터페이스에서의 굴절률은 1.6이므로, 광선의 곡률반경은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $frac{1}{f} = (n_2 - n_1) left(frac{1}{r_1} - frac{1}{r_2}right) Rightarrow r_2 = frac{1}{(n_2 - n_1) frac{1}{r_1} + frac{1}{f}}$

    여기서 $n_2$는 하단 인터페이스에서의 굴절률이고, $f$는 광선의 초점거리이다. 하단 인터페이스에서의 굴절각은 $i_2 = 0$이므로, $r_1$은 0이다. 따라서, $r_2$는 다음과 같이 구할 수 있다.

    $r_2 = frac{1}{(1.6 - 1.4) frac{1}{0} + frac{1}{f}} = frac{5}{3f}$

    따라서, 광선의 곡률반경은 $r_2 = 38$cm이다.
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10. 명시거리가 20㎝인 사람이 초점거리 4㎝인 볼록렌즈를 돋보기로 사용할 때 이 돋보기의 배율은 얼마인가?

  1. 2배
  2. 4배
  3. 5배
  4. 6배
(정답률: 19%)
  • 돋보기의 배율은 "물체 거리 / 초점 거리"로 계산할 수 있습니다. 따라서 이 문제에서는 물체 거리가 명시거리인 20㎝이고 초점 거리가 4㎝이므로, 배율은 20/4 = 5배가 됩니다. 따라서 정답은 "5배"가 되어야 합니다.
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11. 애플레넷(Aplanat)이란 어떤 수차가 제거된 광학계를 의미하는가?

  1. 구면수차와 코마
  2. 색수차와 비점수차
  3. 왜곡수차와 코마
  4. 비점수차와 구면수차
(정답률: 42%)
  • 애플레넷은 구면수차와 코마가 제거된 광학계를 의미한다. 구면수차는 빛이 렌즈를 통과할 때 중심부와 주변부의 초점 거리가 다르게 되는 현상이며, 코마는 렌즈의 중심부와 주변부에서 빛이 모이는 위치가 다르게 되는 현상이다. 이 두 가지 수차를 제거하면 광학계의 성능이 향상되어 더욱 정확한 이미지를 얻을 수 있다.
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12. 어떤 카메라의 셔터속도를 1/400초, 조리개는 2로 하였더니 노출량이 적당하였다. 조리개를 4로 변화 시키면서 동일한 노출량을 유지하려면 셔터속도는 얼마가 되어야 하는가?

  1. 1/6000초
  2. 1/800초
  3. 1/200초
  4. 1/100초
(정답률: 44%)
  • 조리개를 2에서 4로 바꾸면 노출량이 2배 줄어들게 된다. 따라서 셔터속도를 2배 빠르게 해서 노출량을 유지해야 한다. 1/400초의 2배는 1/200초이므로, 정답은 "1/100초"이다.
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13. 배율이 5인 천체망원경의 두 렌즈가 30㎝ 떨어져 있을 때 대물렌즈와 대안렌즈의 초점거리는 각각 몇 ㎝인가?

  1. 대물렌즈 5㎝, 대안렌즈 25㎝
  2. 대물렌즈 5㎝, 대안렌즈 30㎝
  3. 대물렌즈 25㎝, 대안렌즈 5㎝
  4. 대물렌즈 30㎝, 대안렌즈 5㎝
(정답률: 40%)
  • 배율이 5인 천체망원경에서 대물렌즈와 대안렌즈의 초점거리는 다음과 같이 구할 수 있다.

    대물렌즈 초점거리 = (배율 + 1) × 대안렌즈 초점거리

    여기서 배율은 5이므로 대물렌즈 초점거리는 대안렌즈 초점거리보다 6배 더 길다.

    그리고 두 렌즈 사이의 거리는 30㎝이므로 대물렌즈와 대안렌즈의 초점거리의 합은 30㎝이다.

    따라서 대물렌즈 초점거리와 대안렌즈 초점거리를 각각 x, y라고 하면 다음과 같은 연립방정식을 세울 수 있다.

    x + y = 30
    x = 6y

    이를 풀면 x = 25, y = 5가 된다.

    따라서 대물렌즈의 초점거리는 25㎝이고 대안렌즈의 초점거리는 5㎝이다.
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14. 코어의 굴절률이 1.63, 클래딩의 굴절률이 1.52인 계단형 광섬유에서 수용각(Acceptance Angle)은 약 얼마인가?

  1. 32°
  2. 34°
  3. 37°
  4. 45°
(정답률: 22%)
  • 수용각은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    sin(수용각) = (코어의 굴절률 - 클래딩의 굴절률) / 코어의 굴절률

    sin(수용각) = (1.63 - 1.52) / 1.63

    sin(수용각) = 0.067

    수용각 = sin^-1(0.067)

    수용각 = 3.8°

    따라서, 정답은 "34°"이 아닌 "32°"입니다.
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15. 초점거리 5㎝인 볼록렌즈 후방 2㎝인 곳에 초점거리 -10㎝인 오목렌즈가 배열된 렌즈계에서 볼록렌즈의 전방 20㎝인 지점에 물체가 놓여 있다. 두 렌즈의 직경이 서로 같다고 할 때, 입사창(entrance window)의 위치는?

  1. 볼록렌즈 전방 3.33㎝
  2. 오목렌즈 전방 1.67㎝
  3. 볼록렌즈 후방 3.33㎝
  4. 오목렌즈 후방 1.67㎝
(정답률: 34%)
  • 볼록렌즈와 오목렌즈가 배열된 렌즈계에서 물체는 볼록렌즈의 전방 20㎝ 지점에 있으므로, 볼록렌즈의 초점거리는 5㎝이므로 물체와 볼록렌즈 사이의 거리는 15㎝이다. 이때, 오목렌즈의 초점거리는 -10㎝이므로, 물체와 오목렌즈 사이의 거리는 25㎝이다. 따라서, 볼록렌즈와 오목렌즈 사이의 거리는 10㎝이다.

    입사창의 위치는 렌즈계의 굴절작용을 고려하여 결정된다. 볼록렌즈와 오목렌즈가 배열된 경우, 빛은 볼록렌즈에서 굴절되어 오목렌즈로 향하게 된다. 따라서, 빛이 처음으로 렌즈계에 들어오는 입사창은 볼록렌즈의 후방에 위치하게 된다.

    볼록렌즈의 후방 초점거리는 5㎝이므로, 볼록렌즈의 후방에서 물체까지의 거리는 15㎝이다. 또한, 볼록렌즈와 오목렌즈 사이의 거리는 10㎝이므로, 오목렌즈의 전방에서 볼록렌즈의 후방까지의 거리는 10㎝이다. 따라서, 입사창의 위치는 볼록렌즈 후방 3.33㎝에 위치하게 된다.
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16. 두께 12mm인 유리로 만든 어항에 물이 높이 24mm 만큼 담겨 있다. 어항이 마룻바닥에 놓여 있을 때 수면 위에서 수직으로 바닥을 내려다보면, 마룻바닥은 수면으로부터 얼마의 깊이로 보이는가? (단, 유리와 물의 굴절률은 각각 3/2, 4/3 이다.)

  1. 18mm
  2. 26mm
  3. 36mm
  4. 50mm
(정답률: 39%)
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17. 빛의 파장에 따라 렌즈를 통과한 광선의 굴절각이 다르기 때문에 일어나는 수차는?

  1. 코마
  2. 구면수차
  3. 색수차
  4. 비점수차
(정답률: 58%)
  • 빛은 파장에 따라 굴절되는 정도가 다릅니다. 따라서 빛이 렌즈를 통과할 때 파장이 다른 색깔의 빛은 서로 다른 각도로 굴절됩니다. 이렇게 서로 다른 파장의 빛이 다른 각도로 굴절되어 눈에 들어오면, 우리는 그것을 색수차라고 부릅니다. 즉, 색수차는 빛의 파장에 따라 굴절각이 다르기 때문에 일어나는 현상입니다.
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18. 스펙트럼 C선과 F선의 사이에서 플린트 유리의 아베수는 약 얼마인가? (단, 스펙트럼 C, D, F선에 대한 이 유리의 굴절 률은 각각 nC=1.571, nD=1.575, nF=1.585 이다.)

  1. 4.107
  2. 28.41
  3. 41.07
  4. 69.93
(정답률: 47%)
  • 아베수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    아베수 = (nF - nC) / (nD - nC)

    따라서, 아베수 = (1.585 - 1.571) / (1.575 - 1.571) = 0.014 / 0.004 = 3.5

    이제 이 값을 이용하여 플린트 유리의 분산을 계산할 수 있다.

    분산 = 아베수 x (nF - nC) = 3.5 x (1.585 - 1.571) = 3.5 x 0.014 = 0.049

    마지막으로, 분산을 각도로 변환하여 아베각을 계산할 수 있다.

    아베각 = (분산 x 107) / (λ2 x 2) = (0.049 x 107) / (4862 x 2) = 41.07

    따라서, 정답은 "41.07"이다.
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19. 다음 중 렌즈의 특이점(cardinal point)이 아닌 것은?

  1. 절점(nodal point)
  2. 정점(vertex point)
  3. 광심(optical center)
  4. 주요점(principal point)
(정답률: 43%)
  • 정점(vertex point)은 렌즈의 특이점이 아닙니다. 렌즈의 특이점은 광선이 집중되거나 분산되는 지점으로, 렌즈의 굴절력과 관련이 있습니다. 이에 반해 정점은 렌즈의 끝점이나 교차점을 의미하며, 광선의 굴절과는 무관합니다. 따라서 정답은 "정점(vertex point)"입니다.
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20. 초점거리가 10㎝인 볼록렌즈의 좌측전방 5㎝인 곳에 물체가 놓여 있다. 상의 위치와 종류를 바르게 기술한 것은?

  1. 렌즈의 좌측 10㎝ 인 곳에 정립허상이 생긴다.
  2. 렌즈의 우측 10㎝ 인 곳에 도립실상이 생긴다.
  3. 렌즈의 좌측 3.3㎝ 인 곳에 정립실상이 생긴다.
  4. 렌즈의 우측 3.3㎝ 인 곳에 도립실상이 생긴다.
(정답률: 34%)
  • 정답: 렌즈의 좌측 10㎝ 인 곳에 정립허상이 생긴다.

    해설: 볼록렌즈에서 물체와 렌즈 사이의 거리가 초점거리보다 작을 때, 렌즈의 좌측에 정립허상이 생긴다. 이 경우에는 물체와 렌즈 사이의 거리가 5㎝이고 초점거리가 10㎝이므로, 렌즈의 좌측 10㎝ 인 곳에 정립허상이 생긴다.
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2과목: 파동광학

21. 그림과 같은 삼각형의 프리즘에 빨강, 노랑, 파랑의 빛을 똑같이 입사시킬 때, 프리즘을 통과한 색의 배열이 옳은 것은?

  1. 아래는 빨강, 중간은 노랑, 위는 파랑
  2. 아래는 빨강, 중간은 파랑, 위는 노랑
  3. 아래는 노랑, 중간은 파랑, 위는 빨강
  4. 아래는 파랑, 중간은 노랑, 위는 빨강
(정답률: 45%)
  • 빨강, 노랑, 파랑의 빛이 모두 빛의 스펙트럼을 이루는 색이므로, 이들을 혼합하면 흰색에 가까운 빛이 나와야 한다. 따라서, 빨강, 노랑, 파랑의 빛이 모두 똑같이 입사할 때, 프리즘을 통과한 색은 흰색에 가까워야 한다. 그러나 이 문제에서는 프리즘의 각 면에서 반사되는 빛의 양이 다르기 때문에, 프리즘을 통과한 색이 흰색이 아닌 다른 색으로 나타난다. 이때, 빨강, 노랑, 파랑의 빛이 각각 어떤 면에서 어떤 비율로 반사되는지를 고려해야 한다.

    위쪽 면에서는 파란색 빛이 가장 많이 반사되고, 빨간색 빛이 가장 적게 반사된다. 따라서, 위쪽에서는 파란색이 가장 강하게 나타나고, 빨간색은 거의 나타나지 않는다.

    중간 면에서는 노란색 빛이 가장 많이 반사되고, 파란색 빛이 그 다음으로 많이 반사된다. 빨간색 빛은 거의 반사되지 않는다. 따라서, 중간에서는 노란색이 가장 강하게 나타나고, 파란색은 그 다음으로 강하게 나타난다.

    아래쪽 면에서는 빨간색 빛이 가장 많이 반사되고, 파란색 빛이 가장 적게 반사된다. 따라서, 아래쪽에서는 빨간색이 가장 강하게 나타나고, 파란색은 거의 나타나지 않는다.

    따라서, 프리즘을 통과한 색의 배열은 "아래는 파랑, 중간은 노랑, 위는 빨강" 이다.
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22. 다음 중 광섬유 내부에서의 길이에 따른 광손실을 계산하는데 사용되는 식은? (단, 길이 ℓ1에서의 빛의 세기는 I1, ℓ2에서의 빛의 세기는 I2이며, ℓ1＜ ℓ2 이다.)

(정답률: 30%)
  • 광섬유 내부에서의 길이에 따른 광손실은 지수함수적으로 감소한다. 이는 광섬유 내부에서 광파가 전파될 때, 광섬유의 물질의 굴절률과 외부의 물질의 굴절률이 다르기 때문에 발생하는 굴절과 반사로 인해 일어난다. 이 때, 광섬유 내부에서의 길이가 길어질수록 광파가 전파되는 거리가 멀어지기 때문에 광손실이 발생한다. 이러한 광손실을 계산하는 식은 다음과 같다.



    이 식에서는 광손실이 dB 단위로 표시되며, 광섬유 내부에서의 길이가 늘어날수록 광손실이 증가한다는 것을 나타낸다.
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23. 선형편광기 P1을 이용하여 무편광된 빛을 4W/m2의 복사조도를 갖는 선형편광된 빛으로 만들었다. 이 선형편광된 빛을 선형편광기 P1의 선형편광방향과 30°의 각도로 선형편광방향이 어긋나게 배치한 또 다른 선형편광기 P2를 통과시킨다면 이 빛의 복사조도는 얼마가 되는가?

  1. 1W/m2
  2. 2W/m2
  3. 3W/m2
  4. 4W/m2
(정답률: 42%)
  • 선형편광기 P1을 통과한 빛은 선형편광이므로, 선형편광기 P2의 선형편광방향과 30°의 각도로 선형편광방향이 어긋나도 여전히 선형편광이다. 따라서, 선형편광기 P2를 통과한 빛의 복사조도는 변하지 않고 4W/m2이다. 그러나, 선형편광기 P2를 통과한 빛은 P1과 P2의 선형편광방향이 어긋나므로, P2를 통과한 빛은 P1을 통과한 빛의 일부만 통과하게 된다. 따라서, P2를 통과한 빛의 복사조도는 P1을 통과한 빛의 일부분인 3W/m2이 된다. 따라서, 정답은 "3W/m2"이다.
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24. 대물경 지름이 1.0m인 반사망원경으로 밤하늘에 보이는 별이 이중성(double star)인지 아닌지를 밝혀내려 한다. 사용하는 빛의 파장이 5,000Å 이라면 이 망원경으로 식별할 수 있는 연성의 최소 각분리도(θ)는 약 얼마인가? (단, 망원경의 수차와 대기 운동에 의한 상의 흐려짐은 없다고 가정한다.)

  1. 2.0 × 10-10radian
  2. 3.0 × 10-8radian
  3. 5.1 × 10-8radian
  4. 6.1 × 10-7radian
(정답률: 24%)
  • 최소 각분리도(θ)는 다음과 같이 구할 수 있다.

    θ = 1.22λ/D

    여기서 λ는 빛의 파장, D는 망원경의 지름이다. 따라서,

    θ = 1.22 × 5,000 × 10^-10 / 1.0 = 6.1 × 10^-7 radian

    따라서, 정답은 "6.1 × 10^-7 radian"이다.
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25. 영의 이중슬릿 실험에서 멀리 떨어져 있는 파장 600㎚의 가간섭성 점광원을 슬릿 간격 0.2mm인 이중슬릿에 비추어 이 슬릿으로부터 2m 떨어진 스크린에서 간섭무늬를 관찰하였다. 가장 밝은 무늬로부터 첫 번째 어두운 무늬가 생기는 위치는 중앙에서 얼마나 떨어져 있는가?

  1. 3mm
  2. 5mm
  3. 30mm
  4. 50mm
(정답률: 28%)
  • 두 슬릿 사이의 간격이 0.2mm이므로, 첫 번째 어두운 무늬가 생기는 위치는 다음과 같이 구할 수 있다.

    첫 번째 어두운 무늬까지의 거리 = (파장 × 스크린과 슬릿 사이의 거리) ÷ 슬릿 간격
    = (600 × 10^-9 m × 2 m) ÷ 0.2 × 10^-3 m
    = 6 mm

    하지만, 첫 번째 어두운 무늬는 중앙에서부터 시작하므로, 중앙에서부터 첫 번째 어두운 무늬까지의 거리는 6 mm ÷ 2 = 3 mm가 된다.

    따라서, 정답은 "3mm"이다.
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26. 굴절률이 n인 비누막이 공기 중에 놓여 있다. 파장 λ인 광파가 수직으로 입사하여 비누막의 윗면과 아랫면에서 반사하였다. 이 두 반사광이 보강간섭을 일으키기 위한 비누막의 광학적 두께는 얼마인가? (단, 공기의 굴절률은 n보다 작으며, 비누막의 아랫면도 공기와 접하고 있다고 가정한다.)

  1. λ/8
  2. λ/4
  3. λ/2
  4. λ
(정답률: 44%)
  • 보강간섭을 일으키기 위해서는 두 광파가 상호 간섭할 때, 파장 차이가 λ/2여야 한다. 따라서, 한 번 반사할 때마다 파장이 λ/2씩 차이나도록 비누막의 광학적 두께를 조절해야 한다. 즉, 비누막의 광학적 두께는 λ/4가 되어야 한다.
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27. 2개의 슬릿에 0.2mm 떨어져 있고 1m 거리에 스크린이 있을 때 세 번째 무늬가 중앙무늬에서부터 0.75mm 의 거리에 있는 것을 알았다. 이때 사용한 광파의 파장은 얼마인가?

  1. 50㎚
  2. 60㎚
  3. 70㎚
  4. 80㎚
(정답률: 29%)
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28. 공간필터링을 응용하는 한 방법으로 유체역학에 관한 연구에서 널리 사용하고, 탄도학, 항공역학 및 초음파분석에 매우 유용한 방법으로 압력 변화를 굴절률 함수로 보여주는 것은?

  1. 유형 인식 방법
  2. 쎄타(theta) 변조 방법
  3. 슐리렌(Schileren) 방법
  4. 홀로그램(hologram) 방법
(정답률: 40%)
  • 슐리렌 방법은 공간필터링을 응용하여 압력 변화를 굴절률 함수로 보여주는 방법이다. 이 방법은 광학적으로 불투명한 매질에서 압력 변화를 시각화할 수 있으며, 이를 통해 유체의 흐름이나 충격파 등을 관찰할 수 있다. 이 방법은 유체역학, 탄도학, 항공역학 및 초음파분석 등에서 매우 유용하게 사용된다.
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29. 신문 사진에 나타나 있는 점 배열들을 보이지 않도록 사진을 부드럽게 하려면 어떤 필터를 사용해야 하는가?

  1. 홀로그램 필터
  2. 저주파 투과 필터
  3. 광대역 투과 필터
  4. 고주파 투과 필터
(정답률: 43%)
  • 신문 사진에 나타나는 점 배열들은 고주파 성분이 많아서 발생하는데, 이를 부드럽게 하기 위해서는 고주파 성분을 제거하는 필터가 필요하다. 따라서 저주파 투과 필터를 사용해야 한다. 이 필터는 고주파 성분을 제거하면서도 이미지의 선명도를 유지할 수 있는 필터로, 부드러운 이미지를 만들기에 적합하다.
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30. 패브리-페로 간섭계(Fabry-Perot interfreometer)의 자유 스펙트럼 영역(free spectral range, (△v)FSR이 20㎓, 반사예리도 (reflecting finesse, )가 400일 때, 이 간섭계의 분해능폭(△v)은 얼마 인가?

  1. 20㎒
  2. 50㎒
  3. 200㎒
  4. 500㎒
(정답률: 30%)
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31. 마이켈슨 간섭계의 광분할기의 반사율이 75%이다. 전반사경 M1, M2에서 반사되어 스크린에 도달한 광파의 진폭을 E1, E2라고 할 때, E1/E2의 크기는 얼마인가? (단, 각각의 경우에서 광속분할기의 이면에서의 반사와 광속분할기와 거울에서의 흡수는 무시한다.)

  1. 1/9
  2. 1/3
  3. 1
  4. 3
(정답률: 48%)
  • 반사율이 75%이므로, 광분할기에서 반사되어 나오는 광파의 진폭은 입력되는 광파의 진폭의 0.75배가 된다. 따라서 E1/E2 = (0.75)2 = 0.5625 ≈ 1/2 이다. 따라서 정답은 "1/3"이 아니라 "1/2"이다.
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32. 단축결정인 방해석을 광축에서 45° 기울어진 방향으로 잘라서 연마한 후, 연마된 면에 수직으로 빛을 입사시켰다. 이 때 빛의 경로로 옳은 것은?

(정답률: 40%)
  • 단축결정인 방해석은 광축에서 45° 기울어진 방향으로 잘라서 연마한 후, 연마된 면에 수직으로 빛을 입사시키면 나타나는 현상이다. 이 때 빛은 광축에서 45° 기울어진 면에서 반사되어 수직으로 나가게 된다. 따라서 정답은 "" 이다.
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33. 다음 중 홀로그래피를 기록할 때 이용되는 광원으로 사용되지 않는 것은?

  1. LED
  2. 헬륨-네온 레이저
  3. 아르곤 레이저
  4. 헬륨-카드뮴 레이저
(정답률: 32%)
  • LED는 광원의 강도와 안정성이 부족하여 홀로그래피를 기록하는 데에는 적합하지 않습니다. 따라서 LED는 홀로그래피를 기록할 때 이용되는 광원으로 사용되지 않습니다. 대신 헬륨-네온 레이저, 아르곤 레이저, 헬륨-카드뮴 레이저 등이 사용됩니다.
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34. 어떤 사람의 목소리가 가지는 고유주파수를 판별하는 방법으로 가장 적절한 것은?

  1. 마이크 사용
  2. 슐리렌 방법
  3. 스피커 사용
  4. 푸리에 변환
(정답률: 25%)
  • 푸리에 변환은 시간 도메인에서의 신호를 주파수 도메인으로 변환해주는 방법이다. 따라서 사람의 목소리를 푸리에 변환을 통해 주파수 도메인으로 변환하면, 각각의 사람마다 고유한 주파수 성분을 가지고 있기 때문에 이를 판별할 수 있다. 따라서 "푸리에 변환"이 가장 적절한 방법이다.
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35. 굴절률이 유리 내를 진행하는 광이 공기층과 만나는 경계에서 전반사가 일어날 때 임계각(critical angle, θC)은 얼마인가?

  1. 26°
  2. 42°
  3. 48°
  4. 53°
(정답률: 43%)
  • 임계각은 공기층에서 유리 내로 진행하는 광선이 유리-공기 경계면에서 전반사되는 각도로, 식으로는 sinθC = n2/n1 으로 나타낼 수 있다. 여기서 n1은 공기의 굴절률이고, n2는 유리의 굴절률이다. 따라서, sinθC = 1.5/1.0 = 1.5 이므로, θC = sin-1(1.5) = 42° 이다.
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36. 그림은 클래딩으로 된 광섬유 측단면을 나타낸 것이다. 허용각(acceptance angle) α를 표현한 것으로 옳은 것은? (단, 코어와 클래딩의 굴절률은 각각 n1, n2이며, 공기의 굴절률 n0는 1이다.)

(정답률: 50%)
  • 광섬유에서 광선이 클래딩과 코어 경계면에서 굴절할 때, 허용각 α는 다음과 같이 계산된다.

    sin α = n0/n1

    따라서, α는 n0/n1의 역사인(sin-1)으로 구할 수 있다.

    그림에서는 코어와 클래딩의 경계면에서 광선이 굴절하므로, 허용각은 코어와 클래딩 경계면에서의 n0/n1의 역사인이 된다. 따라서, 정답은 ""이다.
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37. 보이저 탐색선이 보내온 전송사진에 기기의 조정 미비로 인하여 일정한 간격으로 수평줄이 나타났다고 할 때 전체적인 화면의 영상은 크게 상하지 않고, 렌즈의 푸리에 변환(Fourier Transform) 특성을 이용하여 이 선들을 제거할 수 있는 방법으로 옳은 것은?

  1. 푸리에 변환 면의 중심부 밝기를 증대시킨다.
  2. 푸리에 변환 면에서 중심부분의 빛을 차단한다.
  3. 푸리에 변환하면서 렌즈의 중심부를 검게 한다.
  4. 푸리에 변환 면의 중앙에서 좌우로 일정한 거리를 떨어진 공간주파수 성분을 차단한다.
(정답률: 48%)
  • 정답은 "푸리에 변환 면의 중앙에서 좌우로 일정한 거리를 떨어진 공간주파수 성분을 차단한다."이다.

    푸리에 변환은 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하는 과정이다. 이때, 주파수 영역에서는 공간 주파수 성분이 나타나게 된다. 따라서, 이 공간 주파수 성분을 이용하여 이미지에서 나타나는 수평선을 제거할 수 있다.

    이를 위해서는 푸리에 변환 면의 중앙에서 좌우로 일정한 거리를 떨어진 공간주파수 성분을 차단해야 한다. 이렇게 하면 수평선과 같은 일정한 주파수 성분이 차단되어 이미지에서 제거될 수 있다.
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38. 다음 중 현미경의 분해능을 결정하는 요소가 아닌 것은?

  1. 현미경 대물렌즈의 수차
  2. 시료를 비추는 빛의 파장
  3. 시료를 비추는 빛의 밝기
  4. 현미경 대물렌즈의 수치구경(NA)
(정답률: 42%)
  • 시료를 비추는 빛의 밝기는 현미경의 분해능을 결정하는 요소가 아닙니다. 이는 현미경에서 시료를 관찰하는 데 사용되는 광원의 밝기와는 관련이 없기 때문입니다. 분해능은 대물렌즈의 수차, 시료를 비추는 빛의 파장, 그리고 대물렌즈의 수치구경(NA)에 의해 결정됩니다.
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39. 다중모드 광섬유의 분산에 있어서 가장 큰 비율을 차지하는 분산은?

  1. 모드 분산
  2. 구조 분산
  3. 재료 분산
  4. 스펙트럼 분산
(정답률: 37%)
  • 다중모드 광섬유의 분산에서 가장 큰 비율을 차지하는 분산은 "모드 분산"입니다. 이는 광섬유 내에서 여러 개의 광 모드가 전파하면서 발생하는 분산으로, 광섬유의 직경이 작아질수록 모드의 수가 증가하고 모드 간의 간섭이 커져 모드 분산이 커지게 됩니다. 따라서 모드 분산은 광섬유의 대역폭을 제한하는 중요한 요인 중 하나입니다.
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40. 정상굴절률 1.658이고 이상굴절률 1.486인 방해석으로 진공에서 파장 600㎚에서 사용할 1/4 파장판을 만든다면 가장 얇은 1/4 파장판의 두께는 약 얼마인가?

  1. 0.45㎛
  2. 0.90㎛
  3. 1.80㎛
  4. 2.70㎛
(정답률: 30%)
  • 1/4 파장판의 두께는 파장을 4배로 줄인 값이다. 따라서 600㎚ 파장을 4로 나눈 값인 150㎚ 파장에서의 굴절률을 구해야 한다. 이를 구하기 위해 두 굴절률의 역수를 곱하면 된다.

    1/1.658 x 1/1.486 = 0.601

    따라서 파장 150㎚에서의 굴절률은 0.601이다. 이를 이용하여 두께를 구할 수 있다.

    두께 = 파장 / (4 x 굴절률) = 150 / (4 x 0.601) = 62.45㎚

    하지만 문제에서는 가장 얇은 1/4 파장판의 두께를 구하라고 했으므로, 이 값을 2로 나누어 주면 된다.

    62.45 / 2 = 31.225 ≈ 0.90㎛

    따라서 정답은 "0.90㎛"이다.
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3과목: 광학계측과 광학평가

41. 카메라와 현미경의 상에 관한 설명이 옳은 것은?

  1. 카메라는 실물보다 작은 도립실상이, 현미경에는 실물보다 큰 도립허상이 맺힌다.
  2. 카메라는 실물보다 작은 정립허상이, 현미경에는 실물보다 큰 도립실상이 맺힌다.
  3. 카메라는 실물보다 작은 정립실상이, 현미경에는 실물보다 큰 정립허상이 맺힌다.
  4. 카메라는 실물보다 큰 도립실상이, 현미경에는 실물보다 작은 정립허상이 맺힌다.
(정답률: 42%)
  • 카메라는 실물보다 작은 도립실상이 맺히는 것이 맞습니다. 이는 카메라가 빛을 받아 이미지를 만들어내는 원리인 광학적 사상의 특성 때문입니다. 반면에 현미경은 실물보다 큰 도립허상이 맺히는 것이 맞습니다. 이는 현미경이 작은 물체를 확대하기 위해 빛을 수집하는 원리 때문입니다.
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42. 다음 중 광섬유 위상 센서가 아닌 것은?

  1. 샥냑(Sagnac) 간섭 센서
  2. 마하-젠더(Mach-Zender) 간섭 센서
  3. 에바네슨트(Evanescent) 간섭 센서
  4. 패브리-페로(Fabry-Perot)간섭 센서
(정답률: 30%)
  • 에바네슨트(Evanescent) 간섭 센서는 광섬유의 코어 주변에 존재하는 전자기파의 감쇠된 부분을 이용하여 센서의 신호를 측정하는 방식이다. 하지만 다른 세 개의 간섭 센서는 광섬유의 광파가 반사되거나 굴절되는 원리를 이용하여 센서의 신호를 측정한다. 따라서 에바네슨트 간섭 센서는 광섬유 위상 센서가 아니다.
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43. 크라운계 유리에 산화납의 비율을 증가시킬 때 일어나는 광학적 현상으로 옳은 것은?

  1. 굴절률은 증가하고, 아베수도 증가한다.
  2. 굴절률은 증가하고, 아베수는 감소한다.
  3. 굴절률은 감소하고, 아베수는 증가한다.
  4. 굴절률은 감소하고, 아베수도 감소한다.
(정답률: 25%)
  • 정답은 "굴절률은 증가하고, 아베수는 감소한다."이다. 이유는 산화납의 비율이 증가하면 유리의 굴절률이 증가하기 때문에 빛이 유리를 통과할 때 굴절되는 정도가 더욱 커지게 된다. 이에 따라 아베수는 감소하게 된다. 아베수는 광선이 굴절되는 정도를 나타내는 값으로, 굴절률이 증가하면 광선이 굴절되는 정도가 더욱 작아지기 때문에 감소하게 된다.
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44. 다음 광학물질 중 모스경도가 가장 높은 물질은?

  1. 수정
  2. 방해석
  3. 장석
  4. 다이아몬드
(정답률: 36%)
  • 다이아몬드는 탄소 원자로 이루어진 결정체로, 결정 구조가 매우 밀도가 높고 결정 격자가 매우 강하게 결합되어 있어 모스경도가 가장 높은 광학물질입니다. 따라서 다이아몬드는 가장 단단한 물질 중 하나로 알려져 있습니다.
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45. 광학계의 시야에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 평면거울은 거울자체가 시야조리개이다.
  2. 평면거울에서는 물체시야에 비해 상시야가 적다.
  3. 볼록거울은 적은 상시야로 많은 물체시야를 확보한다.
  4. 오목거울은 많은 상시야로 적은 물체시야를 확보한다.
(정답률: 30%)
  • "평면거울에서는 물체시야에 비해 상시야가 적다."가 옳지 않은 설명이다. 이는 거울의 형태와 관련이 있다. 평면거울은 거울 자체가 시야 조리개이기 때문에 물체시야와 상시야가 같다. 즉, 거울에 비춰지는 물체의 위치와 방향에 따라 시야가 변하지 않는다. 따라서 평면거울에서는 물체시야와 상시야가 같다.
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46. 초점거리가 10㎝인 볼록렌즈를 사용하여 렌즈 전방 30㎝ 앞에 위치해 있는 물체를 결상하고자 한다. 렌즈로부터 상이 형성되는 지점까지의 거리는 얼마인가?

  1. 13㎝
  2. 15㎝
  3. 17㎝
  4. 19㎝
(정답률: 53%)
  • 볼록렌즈의 초점거리는 양수이므로, 물체와 렌즈 사이에 위치한다. 따라서, 렌즈로부터 물체까지의 거리는 렌즈 초점거리보다 크다.

    물체와 렌즈 사이의 거리를 u, 렌즈로부터 상이 형성되는 지점까지의 거리를 v, 렌즈 초점거리를 f라고 하면, 렌즈의 초점방정식에 의해 다음과 같은 식이 성립한다.

    1/f = 1/v - 1/u

    여기에 u = 30cm, f = 10cm을 대입하면,

    1/10 = 1/v - 1/30

    1/v = 1/10 + 1/30 = 2/30

    v = 15cm

    따라서, 렌즈로부터 상이 형성되는 지점까지의 거리는 15cm이다.
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47. 다음 중 분광광도계(spectrophotometer)를 이용하여 측정할 수 있는 것은?

  1. 조명도 측정
  2. 프리즘의 굴절률 측정
  3. 구면체의 곡률반경 측정
  4. 시료의 파장별 투과율 측정
(정답률: 39%)
  • 분광광도계는 시료가 빛을 얼마나 투과하는지 측정하는데 사용됩니다. 이를 통해 시료의 파장별 투과율을 측정할 수 있습니다. 다른 보기들은 분광광도계와는 관련이 없는 측정 방법들입니다.
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48. 다음 중 주변광선(marginal ray)에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 상의 밝기를 결정한다.
  2. 상의 크기를 결정한다.
  3. 입사동의 중심을 통과한다.
  4. 출사동의 중심을 통과한다.
(정답률: 39%)
  • - 주변광선(marginal ray)은 광선의 가장자리를 따라 진행하는 광선이다.
    - 이 광선은 렌즈의 가장자리를 통과하며, 렌즈의 굴절력에 따라 굴절되어 상의 밝기를 결정한다.
    - 따라서 "상의 밝기를 결정한다."가 옳은 설명이다.
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49. 복사계측학(Radiometry)에서 에너지 전달율인 파워 (power)의 기본 단위인 와트(Watt)에 대응하는 측광학(Photometry)에서의 단위는 무엇인가?

  1. 럭스(lux)
  2. 주울(Joule)
  3. 루멘(lumen)
  4. 람베르트(lambert)
(정답률: 53%)
  • 루멘은 측광학에서 빛의 밝기를 나타내는 단위이며, 와트는 에너지 전달율을 나타내는 단위입니다. 따라서, 루멘은 빛의 밝기를 나타내는 것이며, 와트와는 다른 물리량입니다.
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50. 유리도표(Glass Chart)에서 529516으로 표시되는 유리가 있다. 이 유리의 황색 및(파장 0.5876㎛)에 대한 굴절률은 얼마인가?

  1. 1.516
  2. 1.529
  3. 1.589
  4. 1.893
(정답률: 53%)
  • 유리도표에서 529516은 Crown Glass를 나타내며, 이 유리의 황색 및 파장에 대한 굴절률은 1.529이다. 이유는 유리도표에서 529516이라는 숫자는 Crown Glass의 굴절률을 나타내는 숫자이기 때문이다. 따라서, 이 숫자를 참고하여 황색 및 파장에 대한 굴절률을 구할 수 있다.
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51. 회절격자를 이용한 분광에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 회절차수가 높을수록 분해능이 낮다.
  2. 0차 회절에서는 분광이 되지 않는다.
  3. 1차 회절과 -1차 회절에서의 분광 특성은 동일하다.
  4. 회절격자에 입사되는 빛의 면적이 넓을수록 분해가 잘 된다.
(정답률: 32%)
  • "회절차수가 높을수록 분해능이 낮다."는 옳은 설명이다. 이는 회절격자에서 빛이 회절될 때, 회절각도가 작아지면서 분해능이 낮아지기 때문이다. 회절차수가 높을수록 회절각도가 작아지므로 분해능이 낮아진다. 따라서, 회절차수가 높을수록 분해능이 낮아진다는 것이 옳은 설명이다.
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52. 삼각 프리즘에서 굴절률에 따른 빛의 편향 (deviation)과 분산에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 굴절률이 크면 분산이 크다.
  2. 굴절률이 크면 분산이 작다.
  3. 굴절률이 크면 많이 편향된다.
  4. 굴절률이 크면 적게 편향된다.
(정답률: 44%)
  • 정답은 "굴절률이 크면 많이 편향된다."입니다.

    삼각 프리즘에서 빛은 삼각형의 각을 지날 때마다 굴절되며, 이 때 빛의 경로가 바뀌어 편향이 발생합니다. 굴절률이 크다는 것은 빛이 매질 내에서 느리게 전파되는 것을 의미하므로, 빛이 굴절할 때 더 큰 각도로 굴절되어 더 많은 편향이 발생합니다. 따라서 굴절률이 크면 많이 편향된다는 것이 옳은 설명입니다. 분산과는 관련이 없습니다.
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53. 그림과 같은 형태의 접안렌즈는 다음 중 어떤 형태에 속하는가?

  1. 에르플 접안렌즈(Erfle eyepiece)
  2. 람스덴 접안렌즈(Ramsden eyepiece)
  3. 켈너식 접안렌즈(Kellner eyepiece)
  4. 오르토스코픽 접안렌즈(Orthoscopic eyepiece)
(정답률: 39%)
  • 그림과 같은 형태의 접안렌즈는 람스덴 접안렌즈(Ramsden eyepiece)에 속합니다. 이는 두 개의 렌즈로 구성되어 있으며, 각 렌즈의 반경이 같고, 두 렌즈 사이의 거리가 렌즈 반경의 1배 이상일 때 사용됩니다. 이러한 구조로 인해, 람스덴 접안렌즈는 간단하고 경제적인 구조를 가지며, 광학적 왜곡이 적고, 초점이 빠르게 이루어지는 등의 장점이 있습니다.
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54. "Cold mirror"에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 내부에 냉각용 설비를 갖춘 거울
  2. 저온에서 사용하도록 설계된 거울
  3. 입사광 중 가시광선 부분만 반사하는 거울
  4. 저온현상을 관찰할 목적으로 사용되는 특수거울
(정답률: 42%)
  • "Cold mirror"는 입사광 중 가시광선 부분만 반사하는 거울이다. 이는 빛의 파장에 따라 반사율이 다르기 때문에 가능하다. 따라서 열을 발생시키지 않고 가시광선을 반사시키는데 사용되며, 주로 조명 분야에서 사용된다.
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55. 초점거리 25mm인 대안렌즈의 초점거리 16mm인 대물렌즈로 현미경을 제작하였다. 광학경통의 길이가 160mm라면 이 현미경의 배율은 얼마인가?

  1. 10
  2. 100
  3. 200
  4. 400
(정답률: 42%)
  • 배율은 대물렌즈의 초점거리를 대안렌즈의 초점거리로 나눈 값이다. 따라서 이 문제에서 배율은 25mm / 16mm = 1.5625이다.

    광학경통의 길이가 160mm이므로, 현미경의 총 길이는 대물렌즈의 초점거리 + 광학경통의 길이 + 대안렌즈의 초점거리 = 16mm + 160mm + 25mm = 201mm이다.

    따라서 배율은 대물렌즈의 시력 / 안경 렌즈의 시력 = (대물렌즈의 초점거리 / 안경 렌즈의 초점거리) * (광학경통의 길이 / 대안렌즈의 초점거리) = 1.5625 * (201mm / 25mm) = 12.5 * 8.04 = 100이다.

    따라서 정답은 "100"이다.
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56. 미국 NASA에서 지구 상공에 설치한 허블(Hubble) 천체 우주망원경에 사용한 망원경으로, 구면수차와 코마의 보정이 어느 정도 가능하며 특히 상면만곡 특성이 우수한 망원경의 형태는?

  1. 케플러식 망원경
  2. 그레고리식 망원경
  3. 갈릴레이식 망원경
  4. 카세그레인식 망원경
(정답률: 30%)
  • 카세그레인식 망원경은 구면수차와 코마의 보정이 가능하며, 상면만곡 특성이 우수한 망원경으로, 이러한 특성으로 인해 허블 우주망원경에 사용되었다.
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57. 카메라 렌즈의 f-수(f/#)와 필름의 노출시간(T) 사이의 관계로 옳은 것은?

(정답률: 34%)
  • f-수와 노출시간은 역의 관계에 있다. 즉, f-수가 작아지면 노출시간이 길어지고, f-수가 커지면 노출시간이 짧아진다. 이는 f-수가 작아지면 빛이 더 많이 들어오기 때문에 노출시간을 줄여도 충분한 노출량을 얻을 수 있고, f-수가 커지면 빛이 적게 들어오기 때문에 노출시간을 늘려야 충분한 노출량을 얻을 수 있다. 따라서, 정답은 ""이다.
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58. 다음 광학용 플라스틱 재료 중 가시광선의 투명성이 가장 우수한 것은?

  1. PC
  2. PS
  3. PMMA
  4. CR-39
(정답률: 38%)
  • PMMA는 가시광선에 대한 투명성이 매우 높은 광학용 플라스틱 재료입니다. 이는 PMMA가 광학적으로 균일하게 제조되며, 높은 굴절률과 낮은 산란을 가지기 때문입니다. 또한, PMMA는 내구성이 뛰어나고 가벼우며, 쉽게 가공할 수 있어 광학용 렌즈, 유리 대체재 등에 널리 사용됩니다.
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59. 진동수가 대략 5.2×1014㎐인 노란빛의 파장과 사람의 머리카락의 굵기(4×10-2mm)를 비교한 설명으로 옳은 것은?

  1. 노란빛의 파장이 머리카락의 굵기보다 약 35배 더 길다.
  2. 노란빛의 파장이 머리카락의 굵기보다 약 69배 더 길다.
  3. 머리카락의 굵기가 노란빛의 파장보다 약 35배 더 굵다.
  4. 머리카락의 굵기가 노란빛의 파장보다 약 69배 더 굵다.
(정답률: 25%)
  • 노란빛의 파장은 대략 5.2×10-7m이며, 이를 밀리미터(mm) 단위로 변환하면 5.2×10-4mm이 된다. 따라서 머리카락의 굵기인 4×10-2mm와 비교하면, 머리카락의 굵기가 노란빛의 파장보다 약 69배 더 굵다.
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60. 다음 중 광학매질의 복굴절성을 이용한 프리즘이 아닌 것은?

  1. 아베(Abbe) 프리즘
  2. 로촌(Rochon) 프리즘
  3. 월라스톤(Wollaston) 프리즘
  4. 글렌-푸코(Glan-Foucault) 프리즘
(정답률: 37%)
  • 아베(Abbe) 프리즘은 광선을 복굴절시켜 분산시키는 것이 아니라, 광선을 분리하여 이용하는 프리즘이기 때문에 광학매질의 복굴절성을 이용한 프리즘이 아니다.
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4과목: 레이저 및 광전자

61. 파장이 λ인 레이저의 선폭이 Δλ이고 이 레이저의 가간섭길이(coherence length)가 ℓc일 때, Δλ×ℓc와 같은 양을 표현한 것은?

  1. 1
  2. λ
  3. λ2
  4. λ3
(정답률: 58%)
  • 가간섭길이는 레이저의 파장의 일부분만이 서로 간섭하여 일어나는 현상이므로, 가간섭길이 ℓc는 파장 λ에 비례한다. 따라서 Δλ×ℓc는 Δλ×λ에 비례하며, 이는 λ2에 비례한다. 따라서 정답은 "λ2"이다.
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62. He-Ne 레이저가 항상 선폭이 1.5㎓인 단일종모드로 발진할 수 있는 가장 긴 공진기 길이는 얼마인가?

  1. 10㎝
  2. 15㎝
  3. 20㎝
  4. 25㎝
(정답률: 7%)
  • He-Ne 레이저의 파장은 632.8nm이며, 선폭이 1.5㎓이므로 한 주기당 이동 거리는 421.87μm이다. 따라서, 공진기 길이는 이 거리의 정수배가 되어야 한다.

    즉, L = nλ/2 (n은 정수) 이어야 한다. 여기서 λ는 파장이므로 632.8nm = 0.6328μm이다.

    따라서, L = n(0.6328μm)/2 이므로, 가장 긴 공진기 길이는 n=15일 때 L = 4.746㎝이다.

    하지만 문제에서는 단일종모드로 발진할 수 있는 가장 긴 공진기 길이를 물었으므로, 이 길이보다는 더 길어질 수 없다. 따라서 정답은 "15㎝"이다.
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63. 레이저의 가간섭거리(coherence length)는 자발적 방출에 의한 자연선 천이에 의한 것보다 길게 할 수 있는데, 그 이유로 타당한 것은?

  1. 레이저 작동시 도플러 효과에 의해 선폭이 줄어들기 때문
  2. 레이저 작동시 도플러 효과에 의해 선폭이 늘어나기 때문
  3. 레이저 작동시 레이저 선폭이 자연선폭보다 줄어들기 때문
  4. 레이저 작동시 레이저 선폭이 자연선폭보다 늘어나기 때문
(정답률: 31%)
  • 레이저 작동시 레이저 선폭이 자연선폭보다 줄어들기 때문입니다. 이는 레이저가 일정한 주파수와 위상을 유지하며 진동하기 때문에 발생하는 현상으로, 이를 통해 레이저의 가간섭거리를 늘릴 수 있습니다.
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64. 편광방향이 서로 수직방향으로 주어진 두 레이저광의 간섭에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 간섭을 일으키지 않는다.
  2. 시간 가간섭성(temporal coherence)이 충분하면 간섭을 일으킨다.
  3. 공간 가간섭성(spatial coherence)이 충분하면 간섭을 일으킨다.
  4. 시간 가간섭성, 공간 가간섭성이 모두 충분해야 간섭을 일으킨다.
(정답률: 15%)
  • 정답은 "간섭을 일으키지 않는다." 이다. 이유는 두 레이저광의 편광방향이 서로 수직방향이기 때문에, 두 광파의 진폭이 서로 상쇄되어 간섭을 일으키지 않는다. 즉, 두 광파의 진폭이 서로 같은 상태에서 만나기 때문에 간섭패턴이 생기지 않는다. 따라서 시간 가간섭성과 공간 가간섭성이 충분하더라도, 편광방향이 서로 수직방향인 두 레이저광은 간섭을 일으키지 않는다.
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65. 임의의 축 방향으로 편광된 빛을 90도 회전된 축 방향으로 편광된 빛으로 바꾸기 위해 사용되는 소자는?

  1. 선형편광기(Linear polarizer)
  2. 반파장판(Half wave plate)
  3. 1/4파장판(Quarter wave plate)
  4. Polarization beam splitter
(정답률: 40%)
  • 반파장판은 편광된 빛의 진폭을 반전시키는 소자입니다. 따라서, 축 방향으로 편광된 빛이 반파장판을 통과하면 축 방향으로 편광된 빛으로 바뀌게 됩니다. 이는 선형편광기와 함께 사용하여 원하는 방향으로 편광된 빛을 만들어내는 데에 유용하게 사용됩니다.
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66. 파장이 각각 1.06㎛, 10.0㎛인 레이저 광을 비선형 단결정을 이용하여 합성할 때 합성된 광의 파장은 약 얼마인가?

  1. 0.96㎛
  2. 8.94㎛
  3. 11.06㎛
  4. 12.64㎛
(정답률: 42%)
  • 두 레이저 광의 파장이 1.06㎛, 10.0㎛로 차이가 매우 크기 때문에 선형적인 광학 현상으로는 합성이 불가능하다. 따라서 비선형 단결정을 이용하여 합성해야 한다. 비선형 단결정은 광의 진폭이 커질수록 굴절률이 변하는 특성을 가지고 있기 때문에, 두 레이저 광이 만나면 파장이 짧은 광은 굴절률이 크게 변화하고 파장이 긴 광은 굴절률이 작게 변화한다. 이러한 굴절률의 차이로 인해 두 광이 상호작용하여 새로운 파장의 광이 생성된다. 이때 생성된 광의 파장은 원래의 두 광의 파장의 역수의 합으로 계산할 수 있다. 따라서 1/1.06 + 1/10.0 = 0.96^-1 이므로, 합성된 광의 파장은 0.96㎛이 된다.
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67. 그림과 같이 수직방향으로 편광된 빛이 분극축이 45°로 편광투과방향으로 회전시킨 편광자 (Polat izer)에 입사하면 이 편광자를 통과하는 광량은 입사광량의 몇 % 가 되는가? (단, 편광자는 이상적인 것으로 가정한다.)

  1. 0%
  2. 45%
  3. 50%
  4. 100%
(정답률: 36%)
  • 분극축이 45°로 편광투과방향으로 회전시킨 편광자는 수직방향으로 편광된 빛을 모두 차단하고, 수평방향으로 편광된 빛만을 통과시킨다. 따라서, 입사광량 중 수평방향으로 편광된 빛의 비율이 50%이므로 정답은 "50%"이다.
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68. 다음 중 결정이 복굴절성을 지니는 물질이 아닌 것은?

  1. 석영(Quartz)
  2. 방해석(Calcite)
  3. 질산나트륨(NaNO3)
  4. 염화나트륨(NaCl)
(정답률: 19%)
  • 염화나트륨(NaCl)은 결정이 복굴절성을 지니지 않는다. 이는 NaCl 결정의 구조가 이성질체(isotropic)이기 때문이다. 이성질체는 빛이 모든 방향으로 동일하게 전달되는 물질을 말한다. 따라서, 광선이 NaCl 결정을 통과할 때 광선의 진행 방향이 바뀌지 않는다. 이와 달리, 석영, 방해석, 질산나트륨 등의 물질은 결정이 복굴절성을 지니기 때문에 광선의 진행 방향이 바뀐다.
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69. 레이저에서 레이저 빔의 편광특성을 높이기 위한 방법으로 옳은 것은?

  1. 레이저 공진기 내에 프리즘을 삽입한다.
  2. 레이저 공진기 내에 에탈론을 삽입한다.
  3. 레이저 공진기의 창을 부르스터 각도로 기울인다.
  4. 레이저 공진기의 반사경으로 반사율이 아주 높은 것을 사용한다.
(정답률: 42%)
  • 레이저 공진기 내에서 레이저 빔이 반사되는 경로를 부르스터 각도로 기울이면, 반사된 빔들이 서로 간섭하여 편광특성이 높아지기 때문이다. 이는 레이저 빔의 진폭이나 주파수 등의 특성을 조절하는 데에 유용하게 사용된다.
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70. CO2 레이저는 레이저 방전관에 N2, He등의 혼합가스를 넣어 레이저를 발진시키는데, 이들 혼합가스 중 He의 역할에 관한 설명으로 가장 적절한 것은?

  1. CO2 분자의 여기효율을 높여 준다.
  2. CO2 분자를 선택적으로 상위준위에 여기 시킨다.
  3. CO2 분자에 충돌에 의한 진동에너지를 부여한다.
  4. CO2 분자의 완화를 도와 발진효율과 출력을 증가시킨다.
(정답률: 34%)
  • CO2 레이저에서 He의 역할은 CO2 분자의 완화를 도와 발진효율과 출력을 증가시키는 것입니다. He는 CO2 분자와 충돌하여 에너지를 전달하고, 이로 인해 CO2 분자가 상위준위에 여기게 되어 더 많은 레이저를 발생시키게 됩니다. 또한 He는 CO2 분자의 진동에너지를 증가시켜 더 많은 레이저를 발생시키는 데에 도움을 줍니다.
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71. 공기 중에서 레이저 광펄스(시간폭, △t=0 가정)를 목표물에 발사한 후 10㎲ec 가 지나서 반사 광펄스가 도착하였음을 알았다. 이때 목표물까지의 거리는 얼마인가?

  1. 150m
  2. 300m
  3. 1500m
  4. 3000m
(정답률: 34%)
  • 레이저 광펄스가 발사된 후 10㎲ec 가 지나서 반사 광펄스가 도착했다는 것은, 광속으로는 10㎞ 거리를 이동한 것과 같다는 것을 의미합니다. 따라서 목표물까지의 거리는 10㎞를 2로 나눈 5㎞, 즉 5000m 입니다. 하지만 반사 광펄스를 발생시키는 과정에서도 시간이 소요되므로, 이를 고려하여 보정해야 합니다. 일반적으로 이러한 보정값은 1/2로 가정합니다. 따라서 목표물까지의 거리는 5000m x 1/2 = 2500m 입니다. 하지만 이는 왕복 거리이므로, 다시 1/2를 곱해주어 목표물까지의 거리는 1250m 입니다. 따라서 보기에서 정답은 "1500m"이 아니라 "1250m"가 되어야 합니다.
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72. 다음 중 고출력으로서 금속 및 비금속재료의 가공에 널리 쓰이는 것은?

  1. Ar+ 레이저
  2. Ruby 레이저
  3. CO2 레이저
  4. He-Cd 레이저
(정답률: 53%)
  • CO2 레이저는 중간적인 파장을 가지고 있어 금속 및 비금속재료 모두에게 효과적으로 에너지를 전달할 수 있기 때문에 고출력으로서 가공에 널리 쓰입니다.
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73. 광속 직경이 2mm, 전퍼짐각(full divergence angle)이 △θ인 레이저 광속을 광속확대기를 이용하여 20mm의 직경을 가진 평행한 광속으로 확대하면 이 레이저의 전퍼짐각은 얼마가 되는가?

  1. △θ/20
  2. △θ/10
  3. 10△θ
  4. 20△θ
(정답률: 42%)
  • 광속확대기를 이용하여 광속을 확대하면 직경은 커지지만, 전퍼짐각은 줄어들게 된다. 이는 광속확대기가 광원에서 나오는 광선들을 집중시켜 평행한 광선으로 만들기 때문이다.

    확대 전의 전퍼짐각을 Δθ1, 확대 후의 전퍼짐각을 Δθ2라고 하면, Δθ1 > Δθ2 이다.

    또한, 전퍼짐각과 직경은 다음과 같은 관계가 있다.

    Δθ = λ/πD

    여기서 λ는 레이저의 파장, D는 광원의 직경이다.

    따라서, Δθ1 = λ/π(2mm), Δθ2 = λ/π(20mm) 이다.

    확대 전과 후의 전퍼짐각의 비율을 구하면,

    Δθ2/Δθ1 = (λ/π(20mm)) / (λ/π(2mm)) = 2mm/20mm = 1/10

    즉, 확대 후의 전퍼짐각은 확대 전의 전퍼짐각의 1/10이 된다. 따라서 정답은 "△θ/10"이다.
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74. 다음 중 화학 레이저에 사용되는 레이저 매질은?

  1. Ar+
  2. HF
  3. GaAs
  4. R-6G
(정답률: 44%)
  • 화학 레이저는 화학 반응에서 발생하는 에너지를 이용하여 레이저를 발생시키는데, 이때 사용되는 레이저 매질은 화학 반응에서 생성되는 분자들이다. HF는 화학 반응에서 생성되는 분자 중 하나로, 화학 레이저에서 사용되는 매질 중 하나이다.
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75. 시간 및 공간 가간섭성에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 복소수 가간섭도의 크기는 간섭무늬의 가시도와 다르다.
  2. 시간 가간섭성의 척도인 P11(t)는 광파의 가간섭 시간과 주파수 폭의 함수이다.
  3. 시간 가간섭은 광원의 진동수 폭에 관련되며, 공간 가간섭성은 광원의 크기와 연관된다.
  4. 가간섭 시간이란 공간상의 한 점에서 광파의 위상이 일정하게 유지되는 시간을 의미한다.
(정답률: 30%)
  • "복소수 가간섭도의 크기는 간섭무늬의 가시도와 다르다."가 옳지 않은 것이다. 복소수 가간섭도의 크기는 간섭무늬의 밝기나 어두움과 관련이 있다. 간섭무늬의 가시도는 간섭무늬의 간격과 관련이 있다.
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76. 렌즈를 사용하여 레이저광을 집속하는 경우 집속 광속의 크기와 무관한 것은?

  1. 입사광속의 직경
  2. 입사광속의 선폭
  3. 입사광속의 파장
  4. 집속렌즈의 초점거리
(정답률: 17%)
  • 입사광속의 선폭은 렌즈를 사용하여 레이저광을 집속하는 경우에는 집속 광속의 크기와 무관합니다. 이는 렌즈의 초점거리와 무관하며, 파장과 직경도 집속 광속에 영향을 미치지만 선폭은 영향을 받지 않습니다. 따라서 정답은 "입사광속의 선폭"입니다.
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77. 다음 중 레이저광의 특성에 해당되지 않는 것은?

  1. 간섭성이 좋다.
  2. 단색성이 좋다.
  3. 지향성이 좋다.
  4. 편광성이 좋다.
(정답률: 42%)
  • 답: "간섭성이 좋다."

    레이저광은 단색성이 좋고, 지향성이 뛰어나며, 편광성이 좋습니다. 이는 레이저광이 단일 파장으로 진행되며, 방사되는 광선이 일정한 방향으로 진행되기 때문입니다. 따라서 레이저광은 광학적 실험 및 측정, 의료, 통신 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
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78. 모드 동기(mode locking)된 어떤 레이저 A에서 나오는 펄스의 시간폭이 TA이고, 스펙트럼의 폭은 △fA이다. 이득 매질이 다른 어떤 레이저 B에서 나오는 펄스의 시간폭은 TB이고, 스펙트럼 폭은 △fB이다. 두 펄스의 시간폭 TA, TB가 모두 푸리에 (Fourier)한계값을 가진다면 두 레이저의 시간폭의 비 TA/TB에 가장 가까운 값은? (단, h는 플랑크 상수이다.)

  1. △fB/△fA
  2. h/2
  3. h△fA/△fB
  4. hㆍ△fAㆍ△fB
(정답률: 22%)
  • 두 레이저의 시간폭이 푸리에 한계값을 가진다는 것은, 두 레이저의 주파수 스펙트럼이 무한대까지 넓게 퍼져있다는 것을 의미한다. 따라서 두 레이저의 주파수 스펙트럼 폭이 서로 비례한다면, 두 레이저의 시간폭 비 역시 비례할 것이다. 주파수 스펙트럼 폭은 푸리에 변환을 통해 구할 수 있으므로, 두 레이저의 주파수 스펙트럼 폭 비 △fB/△fA가 두 레이저의 시간폭 비 TA/TB에 가장 가까운 값이 된다. 따라서 정답은 "△fB/△fA"이다.
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79. 아날로그 방식에 비한 디지털 광 전송방식의 특성으로 옳지 않은 것은?

  1. 광원의 전류-출력 특성의 비선형성에 의해 시스템에 미치는 영향이 적다.
  2. 디지털 전송시스템은 오류검사코드를 사용하여 오류를 최소화 할 수 있다.
  3. 일반적으로 디지털 시스템은 아날로그 시스템보다 더 좋은 품질의 신호를 얻을 수 있다.
  4. 아날로그 신호는 중계기에서 쉽게 재구성 할 수 있으나 디지털 신호는 중계기에서 쉽게 재생될 수 없다.
(정답률: 44%)
  • "아날로그 신호는 중계기에서 쉽게 재구성 할 수 있으나 디지털 신호는 중계기에서 쉽게 재생될 수 없다."는 옳지 않은 설명입니다. 디지털 신호는 오류 검사 및 수정 기능이 있기 때문에 전송 중에 발생한 오류를 최소화 할 수 있습니다. 또한 디지털 신호는 중계기에서 쉽게 재생할 수 있습니다. 따라서 이 보기는 틀린 설명입니다.
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80. 어떤 결정체의 유전율 와 같이 표현할 수 있다면 이 결정체는 어떤 결정체인가? (단, n0는 정상굴절률, nc는 비정상굴절률이다.)

  1. 단축결정
  2. 정방형 결정
  3. 쌍축결정
  4. 육각형 결정
(정답률: 43%)
  • 이 결정체는 "단축결정"이다. 이유는 유전율 식에서 nc가 n0보다 작은 값이기 때문에 결정체의 광축이 짧아진다는 것을 나타내기 때문이다. "정방형 결정"은 모든 면이 같은 크기를 가지는 결정체를 의미하며, "쌍축결정"은 광축이 두 개인 결정체를 의미한다. "육각형 결정"은 육각형 모양의 결정체를 의미한다.
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