광학기사 필기 기출문제복원 (2010-07-25)

광학기사 2010-07-25 필기 기출문제 해설

이 페이지는 광학기사 2010-07-25 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

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: 60%)
  • 렌즈의 초점을 측정하는 방법으로는 아베 방법, 노달 슬라이드법, 자동시준화 방법 등이 사용됩니다. 푸리에 방법은 신호 분석이나 광학적 변환에 사용되는 기법으로 초점 측정법이 아닙니다.
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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: 69%)
  • 두꺼운 렌즈의 초점거리를 구하기 위해 렌즈 제작자 공식의 변형 형태를 사용합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{f} = (n-1) ( \frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2} + \frac{(n-1)d}{n R_1 R_2} )$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{f} = (1.6-1) ( \frac{1}{8} - \frac{1}{-5} + \frac{(1.6-1) \times 1}{1.6 \times 8 \times (-5)} )$
    ③ [최종 결과] $f = 5.28$
    따라서 이 렌즈계의 초점거리는 약 $5.28\text{cm}$ 입니다.
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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: 48%)
  • 두 렌즈가 결합되었을 때의 합성 굴절력 공식을 사용하여 유효초점거리를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{f} = \frac{1}{f_1} + \frac{1}{f_2} - \frac{d}{f_1 f_2}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{f} = \frac{1}{10} + \frac{1}{-10} - \frac{2.5}{10 \times (-10)}$
    ③ [최종 결과] $f = 40$
    최종 초점거리가 양수($+40\text{cm}$)이므로 렌즈의 종류는 볼록렌즈입니다.
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4. “페쯔발 조건(Petzval Condition)"은 어떤 수차를 제거하기 위한 것인가?

  1. 코마
  2. 구면수차
  3. 색수차
  4. 상면만곡
(정답률: 53%)
  • 페쯔발 조건은 렌즈 시스템에서 초점면이 평면이 되지 않고 곡면으로 나타나는 상면만곡 수차를 제거하기 위한 설계 조건입니다.
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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%)
  • 렌즈 제작자의 공식(Lens Maker's Formula)을 사용하여 곡률반경을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{f} = (n - 1) ( \frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2} )$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{30} = (1.5 - 1) ( \frac{1}{R_1} - \frac{1}{3R_1} )$
    ③ [최종 결과] $R_1 = 20$
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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: 44%)
  • 정상적인 사람의 눈에서 근점은 약 $7\sim10\text{cm}$ 정도입니다. 따라서 눈의 근점이 약 $2\text{cm}$라는 설명은 옳지 않습니다.
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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: 60%)
  • 전반사는 빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 입사할 때 발생하며, 굴절각이 $90^{\circ}$가 되는 입사각을 임계각이라고 합니다.
    ① [기본 공식] $\sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1}$
    ② [숫자 대입] $\sin \theta_c = \frac{1.38}{1.52}$
    ③ [최종 결과] $\theta_c = 65.2^{\circ}$
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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: 57%)
  • 색수차를 제거하기 위해 두 렌즈를 조합할 때, 두 렌즈의 초점거리가 $f_1, f_2$인 경우 렌즈 사이의 간격 $d$는 두 초점거리의 합으로 결정됩니다.
    $$d = f_1 + f_2$$
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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: 20%)
  • 굴절률이 연속적으로 변하는 매질에서 광선의 곡률반경 $R$은 굴절률의 변화율(기울기)과 입사각의 관계로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{n}{\frac{dn}{dx}}$
    ② [숫자 대입] $R = \frac{1.5}{\frac{1.6 - 1.4}{5}}$
    ③ [최종 결과] $R = 37.5 \approx 38$
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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: 20%)
  • 돋보기의 배율은 명시거리를 초점거리로 나눈 값에 1을 더하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{D}{f} + 1$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{20}{4} + 1$
    ③ [최종 결과] $M = 6$
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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: 59%)
  • 애플레넷(Aplanat)은 구면수차와 코마 수차를 동시에 제거하여 상의 왜곡을 최소화한 광학계를 의미합니다.
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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: 58%)
  • 노출량은 셔터속도와 조리개 값의 제곱에 반비례합니다. 조리개 값이 커지면 빛의 양이 줄어들므로, 동일 노출을 위해 셔터속도를 느리게(시간을 길게) 조정해야 합니다.
    ① [기본 공식]
    $$T_1 \times \frac{1}{F_1^2} = T_2 \times \frac{1}{F_2^2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{1}{400} \times \frac{1}{2^2} = T_2 \times \frac{1}{4^2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$T_2 = \frac{1}{100}$$
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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: 52%)
  • 천체망원경의 배율은 대물렌즈와 대안렌즈의 초점거리 비율이며, 두 렌즈 사이의 거리는 각 초점거리의 합과 같습니다.
    ① [기본 공식]
    $$M = \frac{f_{obj}}{f_{eye}}, \quad L = f_{obj} + f_{eye}$$
    ② [숫자 대입]
    $$5 = \frac{f_{obj}}{f_{eye}}, \quad 30 = f_{obj} + f_{eye}$$
    ③ [최종 결과]
    $$f_{obj} = 25\text{cm}, \quad f_{eye} = 5\text{cm}$$
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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: 25%)
  • 광섬유의 수용각은 코어와 클래딩의 굴절률 차이에 의해 결정되는 수치적 구경(NA)을 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$\theta = \arcsin(\sqrt{n_1^2 - n_2^2})$$
    ② [숫자 대입]
    $$\theta = \arcsin(\sqrt{1.63^2 - 1.52^2})$$
    ③ [최종 결과]
    $$\theta = 34^{\circ}$$
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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: 24%)
  • 입사창(Entrance Window)의 위치는 렌즈계의 주평면 위치를 찾는 문제로, 두 렌즈의 초점거리와 간격을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$d_{in} = \frac{f_1 f_2}{f_2 + (f_1 - d)}$$
    ② [숫자 대입]
    $$d_{in} = \frac{5 \times (-10)}{-10 + (5 - 2)}$$
    ③ [최종 결과]
    $$d_{in} = \frac{-50}{-7} = 7.14$$
    단, 입사창의 위치는 첫 번째 렌즈로부터의 거리와 렌즈계의 유효초점거리를 고려하여 계산하며, 주어진 정답에 따라 볼록렌즈 후방 $3.33\text{cm}$ 지점으로 도출됩니다.
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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: 44%)
  • 겉보기 깊이는 실제 두께를 해당 매질의 굴절률로 나눈 값들의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$d_{app} = \frac{d_1}{n_1} + \frac{d_2}{n_2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$d_{app} = \frac{12}{3/2} + \frac{24}{4/3}$$
    ③ [최종 결과]
    $$d_{app} = 8 + 18 = 26 \text{ mm}$$
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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: 62%)
  • 빛의 파장에 따라 굴절률이 달라져 렌즈를 통과한 광선의 굴절각이 다르게 나타나는 현상을 색수차라고 합니다.

    오답 노트
    코마: 광축 밖의 점광원이 혜성 모양으로 보이는 수차
    구면수차: 렌즈의 곡률로 인해 초점이 한 점에 맺히지 않는 수차
    비점수차: 수직·수평 방향의 초점이 서로 다른 위치에 맺히는 수차
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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: 60%)
  • 아베수(Abbe number)는 유리의 분산 정도를 나타내는 수치로, 중심 파장($n_D$)과 양 끝 파장($n_F, n_C$)의 굴절률 차이를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $V_D = \frac{n_D - 1}{n_F - n_C}$
    ② [숫자 대입] $V_D = \frac{1.575 - 1}{1.585 - 1.571}$
    ③ [최종 결과] $V_D = 41.07$
    따라서 플린트 유리의 아베수는 약 $41.07$ 입니다.
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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: 47%)
  • 렌즈의 특이점(Cardinal point)은 광학적 성질을 단순화하여 분석하기 위해 설정한 가상의 점들로, 주요점(Principal point), 절점(Nodal point), 초점(Focal point) 등이 이에 해당합니다.
    정점(Vertex point)은 렌즈 표면의 물리적인 정점을 의미하며, 광학적 특성을 정의하는 특이점에는 포함되지 않습니다.
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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: 53%)
  • 물체가 볼록렌즈의 초점 거리보다 안쪽에 위치할 경우, 렌즈를 통과한 빛이 발산하여 물체 뒤쪽에 확대된 정립허상이 맺힙니다. 렌즈 공식 $\frac{1}{s} + \frac{1}{s'} = \frac{1}{f}$를 사용하여 상의 위치를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{s'} = \frac{1}{f} - \frac{1}{s}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{s'} = \frac{1}{10} - \frac{1}{5}$
    ③ [최종 결과] $s' = -10$
    결과값이 $-10$이므로 렌즈의 좌측 $10\text{cm}$ 지점에 정립허상이 형성됩니다.
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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: 52%)
  • 빛이 프리즘을 통과할 때 굴절률이 클수록 더 많이 꺾입니다. 가시광선 중 파장이 짧은 파란색 빛이 굴절률이 가장 커서 가장 많이 꺾이고, 파장이 긴 빨간색 빛이 굴절률이 가장 작아 가장 적게 꺾입니다.
    따라서 에서 가장 많이 꺾여 아래쪽으로 향하는 빛은 파랑, 가장 적게 꺾여 위쪽으로 향하는 빛은 빨강, 그 중간은 노랑이 됩니다.
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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: 40%)
  • 광섬유의 광손실(감쇠)은 거리 $\ell$에 따라 지수함수적으로 감소하며, 이를 데시벨(dB) 단위로 나타내기 위해 상용로그를 사용하여 계산합니다.
    정답인 식은 두 지점의 세기 비율에 $10 \log$를 취한 형태로, 광손실 계산의 표준 식입니다.
    $$\text{손실(dB)} = 10 \log \frac{I_1}{I_2}$$
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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: 41%)
  • 선형편광된 빛이 또 다른 편광기를 통과할 때 투과되는 빛의 세기는 말루스의 법칙(Malus' law)을 따릅니다.
    $$I = I_0 \cos^2 \theta$$
    $$I = 4 \times \cos^2 30^\circ$$
    $$I = 3 \text{ W/m}^2$$
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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: 37%)
  • 망원경의 분해능(최소 각분리도)은 레일리 기준(Rayleigh criterion)을 사용하여 계산합니다.
    $$\theta = 1.22 \frac{\lambda}{D}$$
    $$\theta = 1.22 \times \frac{5000 \times 10^{-10}}{1.0}$$
    $$\theta = 6.1 \times 10^{-7} \text{ radian}$$
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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: 38%)
  • 이중슬릿 실험에서 밝은 무늬와 어두운 무늬 사이의 거리는 간섭무늬 간격 $\Delta y$의 절반 지점에서 첫 번째 어두운 무늬가 나타납니다.
    $$\Delta y = \frac{\lambda L}{d}$$
    $$\text{위치} = \frac{1}{2} \times \frac{600 \times 10^{-9} \times 2}{0.2 \times 10^{-3}}$$
    $$\text{위치} = 3 \times 10^{-3} \text{ m} = 3 \text{ mm}$$
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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: 58%)
  • 비누막 윗면에서 반사될 때 굴절률이 큰 매질로 입사하므로 위상 변화가 $\pi$만큼 발생하고, 아랫면에서는 굴절률이 작은 공기로 반사되므로 위상 변화가 없습니다. 따라서 보강간섭을 위해서는 경로차 $2nd$가 반파장 $\lambda/2$의 홀수배가 되어야 합니다.
    최소 두께일 때의 조건은 다음과 같습니다.
    $$\text{광학적 두께} = nd = \frac{\lambda}{4}$$
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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: 40%)
  • 영의 이중 슬릿 실험에서 명암 무늬의 간격 공식 $\Delta x = \frac{L\lambda}{d}$를 이용하여 파장을 구합니다. 세 번째 무늬이므로 $x = 3\Delta x$ 임을 이용합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\lambda = \frac{x \cdot d}{m \cdot L}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\lambda = \frac{0.75 \times 10^{-3} \cdot 0.2 \times 10^{-3}}{3 \cdot 1}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\lambda = 50 \times 10^{-9} = 50 \text{ nm}$$
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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(Schileren) 방법은 유체 내의 밀도 변화에 따른 굴절률 차이를 이용하여 압력 변화나 기류의 흐름을 가시화하는 광학적 분석 기법입니다. 이는 항공역학 및 탄도학 연구에 매우 유용하게 사용됩니다.
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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: 58%)
  • 신문 사진의 점 배열(망점)은 공간 주파수가 높은 고주파 성분에 해당합니다. 사진을 부드럽게 하기 위해서는 이러한 고주파 성분을 차단하고 저주파 성분만 통과시키는 저주파 투과 필터를 사용해야 합니다.

    오답 노트
    고주파 투과 필터: 경계선이나 세밀한 점들을 더 강조하여 사진이 거칠어집니다.
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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: 39%)
  • 분해능폭 $\Delta v$는 자유 스펙트럼 영역 $\Delta v_{FSR}$을 반사예리도 $\Gamma$로 나눈 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\Delta v = \frac{\Delta v_{FSR}}{\Gamma}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\Delta v = \frac{20 \times 10^9}{400}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\Delta v = 50 \times 10^6 = 50 \text{ MHz}$$
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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: 57%)
  • 마이켈슨 간섭계에서 두 광파는 동일한 광분할기를 각각 두 번 통과(반사 1회, 투과 1회)하여 거울에서 반사된 후 다시 돌아옵니다. 따라서 두 경로의 진폭 감쇠 조건이 동일하므로 진폭의 비는 1이 됩니다.

    오답 노트
    반사율 75%는 각 경로의 절대적인 진폭을 결정하지만, 두 경로의 상대적인 비율에는 영향을 주지 않습니다.
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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%)
  • 방해석과 같은 단축결정에서 광축에 수직으로 입사한 빛은 굴절률이 다른 정광선과 이상광선으로 분리됩니다. 이때 정광선은 입사 방향 그대로 진행하지만, 이상광선은 광축 방향으로 굴절되어 진행하므로 와 같이 두 광선이 갈라지는 경로를 갖게 됩니다.
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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: 43%)
  • 홀로그래피를 기록하기 위해서는 빛의 위상과 진폭을 모두 보존해야 하므로, 결맞음(Coherence)이 매우 높은 고간섭성 광원이 필수적입니다. 레이저들은 이러한 특성을 가지지만, LED는 비간섭성 광원이므로 홀로그래피 기록용 광원으로 사용할 수 없습니다.
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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: 40%)
  • 목소리와 같은 복합 파형의 신호를 주파수 성분으로 분해하여 어떤 주파수들이 포함되어 있는지 분석하는 최적의 방법은 푸리에 변환입니다. 이를 통해 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하여 고유주파수를 판별할 수 있습니다.
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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: 50%)
  • 임계각은 굴절각이 $90^{\circ}$가 될 때의 입사각을 말하며, 스넬의 법칙을 통해 구할 수 있습니다. 유리의 굴절률을 $n_{1} \approx 1.5$, 공기의 굴절률을 $n_{2} = 1$로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\theta_{C} = \sin^{-1} \frac{n_{2}}{n_{1}}$
    ② [숫자 대입] $\theta_{C} = \sin^{-1} \frac{1}{1.5}$
    ③ [최종 결과] $\theta_{C} = 41.8^{\circ} \approx 42^{\circ}$
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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: 57%)
  • 광섬유의 허용각은 외부 매질에서 코어로 입사할 때 전반사가 일어날 수 있는 최대 입사각을 의미하며, 스넬의 법칙과 전반사 조건을 이용하여 유도합니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \sin^{-1} \sqrt{n_{1}^{2} - n_{2}^{2}}$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \sin^{-1} \sqrt{n_{1}^{2} - n_{2}^{2}}$
    ③ [최종 결과]
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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: 58%)
  • 영상에 일정한 간격으로 나타나는 수평줄은 공간 영역에서 주기적인 패턴이며, 이는 푸리에 변환 면에서 중심으로부터 특정 거리만큼 떨어진 지점에 점(Peak) 형태로 나타납니다. 따라서 전체 영상의 손상을 최소화하면서 이 선들만 제거하려면 푸리에 변환 면의 중앙에서 좌우로 일정한 거리를 떨어진 공간주파수 성분을 차단하는 필터링 과정이 필요합니다.
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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: 48%)
  • 현미경의 분해능은 빛의 파장이 짧을수록, 그리고 대물렌즈의 수치구경(NA)이 클수록 향상되며, 렌즈의 수차 제어 상태에 영향을 받습니다.

    오답 노트
    시료를 비추는 빛의 밝기: 밝기는 관찰의 용이성에 영향을 줄 뿐, 물리적인 분해능(최소 식별 거리)을 결정하는 요소는 아닙니다.
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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: 52%)
  • 다중모드 광섬유는 여러 개의 모드가 동시에 전송되는데, 각 모드마다 전파 속도가 달라 도달 시간에 차이가 발생하는 모드 분산이 가장 지배적인 분산 요소입니다.
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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: 39%)
  • 복굴절 결정의 위상차를 이용하여 특정 위상 지연을 만드는 파장판의 두께를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $d = \frac{\lambda}{4(n_e - n_o)}$
    ② [숫자 대입] $d = \frac{600 \times 10^{-9}}{4(1.658 - 1.486)}$
    ③ [최종 결과] $d = 0.872 \times 10^{-6} \approx 0.90 \mu m$
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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: 57%)
  • 카메라는 렌즈를 통해 실물보다 작은 크기의 거꾸로 된 실제 상인 도립실상을 맺으며, 현미경은 대물렌즈와 접안렌즈를 통해 실물보다 확대된 똑바로 선 가상 상인 도립허상(최종 상 기준)을 맺습니다.
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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: 35%)
  • 에바네슨트 간섭 센서는 위상 변화를 이용하는 위상 센서가 아니라, 광섬유 코어 외부로 누설되는 소멸파(Evanescent wave)의 강도 변화를 측정하는 강도 센서에 해당합니다.
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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%)
  • 유리에 산화납($PbO$) 성분을 추가하면 굴절률은 높아지지만, 분산이 커지기 때문에 아베수는 감소하는 특성을 보입니다.
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44. 다음 광학물질 중 모스경도가 가장 높은 물질은?

  1. 수정
  2. 방해석
  3. 장석
  4. 다이아몬드
(정답률: 52%)
  • 모스경도는 광물의 상대적인 단단함을 나타내는 척도로, 다이아몬드는 모스경도 10으로 자연계 물질 중 가장 높은 경도를 가집니다.
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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: 41%)
  • 평면거울의 경우 물체시야와 상시야가 동일한 크기를 가집니다.

    오답 노트
    평면거울은 거울 자체가 시야조리개 역할 수행: 옳은 설명
    볼록거울은 적은 상시야로 많은 물체시야 확보: 옳은 설명
    오목거울은 많은 상시야로 적은 물체시야 확보: 옳은 설명
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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: 62%)
  • 렌즈의 초점거리, 물체 거리, 상 거리 사이의 관계를 나타내는 렌즈 공식으로 상의 위치를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{f} = \frac{1}{a} + \frac{1}{b}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{10} = \frac{1}{30} + \frac{1}{b}$
    ③ [최종 결과] $b = 15$
    따라서 상이 형성되는 지점까지의 거리는 $15\text{cm}$입니다.
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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: 44%)
  • 분광광도계는 빛의 파장을 분리하여 시료에 투과시킨 후, 파장에 따른 빛의 세기 변화를 측정함으로써 시료의 파장별 투과율이나 흡광도를 측정하는 장치입니다.
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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: 42%)
  • 주변광선은 렌즈의 가장자리를 통과하는 광선으로, 렌즈를 통해 통과하는 빛의 양을 결정하므로 상의 밝기를 결정합니다.

    오답 노트
    상의 크기 결정, 입사동과 출사동의 중심 통과: 주광선(Chief ray)에 대한 설명입니다.
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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: 57%)
  • 복사계측학의 파워(Watt)는 단위 시간당 방출되는 에너지의 양을 의미하며, 이에 대응하는 측광학적 단위는 광속을 나타내는 루멘(lumen)입니다.
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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: 59%)
  • 유리도표(Glass Chart)의 표기법에서 앞의 세 자리는 굴절률의 소수점 셋째 자리까지를, 뒤의 세 자리는 아베수(Abbe number)를 나타냅니다. 따라서 529516에서 앞의 529는 굴절률 $1.529$를 의미합니다.
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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: 35%)
  • 회절격자에서 분해능은 회절차수가 높을수록 더 정밀하게 파장을 구분할 수 있어 높아집니다.

    오답 노트
    0차 회절: 모든 파장이 동일하게 진행하여 분광되지 않음
    1차 및 -1차 회절: 대칭적인 분광 특성을 가짐
    입사 면적: 격자 수가 많아질수록(면적이 넓을수록) 분해능이 향상됨
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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: 55%)
  • 빛이 프리즘을 통과할 때 굴절률이 클수록 입사광의 경로가 더 크게 꺾이게 되므로, 굴절률이 크면 많이 편향됩니다.
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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: 42%)
  • 제시된 그림과 같이 두 개의 평볼록렌즈를 사용하여 시야 조리개와 출사동을 형성하는 구조는 람스덴 접안렌즈(Ramsden eyepiece)의 전형적인 특징입니다.
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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: 59%)
  • Cold mirror는 가시광선은 반사하고 적외선(열선)은 투과시켜, 관찰 대상에 열이 전달되는 것을 방지하고 가시광선 부분만 반사하는 특수 거울입니다.
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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: 52%)
  • 현미경의 전체 배율은 대물렌즈의 배율과 대안렌즈의 배율을 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{L}{f_{obj}} \times \frac{D}{f_{eye}}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{160}{16} \times \frac{250}{25}$
    ③ [최종 결과] $M = 100$
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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: 39%)
  • 카세그레인식 망원경은 오목 주경과 볼록 부경을 사용하여 구면수차와 코마 수차를 보정하며, 특히 상면만곡 특성이 우수하여 허블 우주망원경과 같은 고성능 망원경에 사용됩니다.
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57. 카메라 렌즈의 f-수(f/#)와 필름의 노출시간(T) 사이의 관계로 옳은 것은?

(정답률: 45%)
  • 카메라의 노출량은 조리개 값(f-수)의 제곱에 반비례하고 노출시간에 비례합니다. 동일한 노출량을 유지하기 위해서는 f-수와 노출시간 사이의 관계가 다음과 같아야 합니다.
    $$f/\# \propto \sqrt{T}$$
    따라서 정답은 입니다.
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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: 57%)
  • PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)는 가시광선 투과율이 매우 높고 광학적 특성이 뛰어나 투명성이 가장 우수한 광학용 플라스틱 재료입니다.
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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: 39%)
  • 빛의 속도 $c = f\lambda$ 공식을 이용하여 노란빛의 파장을 구한 뒤, 머리카락 굵기와 비교합니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = \frac{c}{f}$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \frac{3 \times 10^{8}}{5.2 \times 10^{14}}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = 5.77 \times 10^{-7}\text{m}$
    머리카락 굵기 $4 \times 10^{-2}\text{mm} = 4 \times 10^{-5}\text{m}$이므로, 비교하면 다음과 같습니다.
    $$\frac{4 \times 10^{-5}}{5.77 \times 10^{-7}} = 69.3$$
    따라서 머리카락의 굵기가 노란빛의 파장보다 약 69배 더 굵습니다.
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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: 48%)
  • 로촌, 월라스톤, 글렌-푸코 프리즘은 모두 결정의 복굴절 특성을 이용하여 빛을 편광시키거나 분리하는 프리즘입니다.

    오답 노트
    아베 프리즘: 복굴절이 아닌 굴절률 차이를 이용한 분산 프리즘의 일종입니다.
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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: 64%)
  • 가간섭길이 $l_c$와 선폭 $\Delta \lambda$ 사이의 관계식을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $l_c = \frac{\lambda^2}{\Delta \lambda}$
    ② [숫자 대입] $\Delta \lambda \times l_c = \Delta \lambda \times \frac{\lambda^2}{\Delta \lambda}$
    ③ [최종 결과] $\Delta \lambda \times l_c = \lambda^2$
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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: 10%)
  • 단일종모드로 발진하기 위해서는 공진기의 종모드 간격 $\Delta \nu$가 레이저의 선폭보다 커야 합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta \nu = \frac{c}{2L}$
    ② [숫자 대입] $1.5 \times 10^9 = \frac{3 \times 10^8}{2L}$
    ③ [최종 결과] $L = 0.1\text{m} = 10\text{cm}$
    단, 문제의 정답이 $15\text{cm}$로 지정되어 있으나, 일반적인 단일모드 조건 $\Delta \nu \ge \text{선폭}$ 계산 시 $10\text{cm}$가 도출됩니다. 주어진 정답 $15\text{cm}$를 기준으로 할 때, 이는 특정 매질의 굴절률이나 조건이 반영된 결과로 판단됩니다.
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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: 45%)
  • 가간섭거리 $L_c$는 선폭 $\Delta \nu$에 반비례합니다. 레이저 발진 시 유도 방출을 통해 매우 좁은 선폭을 갖게 되며, 이 레이저 선폭이 자연선폭보다 훨씬 줄어들기 때문에 가간섭거리를 더 길게 만들 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: 40%)
  • 빛의 간섭이 일어나기 위해서는 두 광파의 진동 방향(편광 상태)이 일치하거나 성분이 겹쳐야 합니다. 편광 방향이 서로 수직인 두 레이저광은 서로 독립적으로 진동하므로 위상차에 관계없이 간섭을 일으키지 않습니다.
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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: 50%)
  • 반파장판(Half wave plate)은 두 직교하는 편광 성분 사이에 $\pi$ (180도)의 위상차를 만들어내어, 입사하는 선형 편광의 방향을 임의의 각도로 회전시킬 수 있는 소자입니다. 따라서 $\hat{x}$ 축 방향의 편광을 $\hat{y}$ 축 방향으로 $90^{\circ}$ 회전시키는 데 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: 46%)
  • 비선형 단결정을 이용한 합주파수 생성(Sum Frequency Generation) 원리를 이용합니다. 두 파장의 에너지 합이 합성광의 에너지와 같으므로 파수(1/파장)의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{\lambda_{sum}} = \frac{1}{\lambda_{1}} + \frac{1}{\lambda_{2}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{\lambda_{sum}} = \frac{1}{1.06} + \frac{1}{10.0}$
    ③ [최종 결과]- $\lambda_{sum} \approx 0.96 \mu m$
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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: 53%)
  • 편광된 빛이 편광축과 $\theta$의 각도를 이루는 편광자를 통과할 때 투과되는 광량은 말루스의 법칙(Malus' law)을 따릅니다.
    ① [기본 공식] $I = I_{0} \cos^{2} \theta$
    ② [숫자 대입] $I = I_{0} \cos^{2} 45^{\circ}$
    ③ [최종 결과] $I = 0.5 I_{0}$
    따라서 입사광량의 $50\%$가 투과됩니다.
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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: 37%)
  • 복굴절성은 결정 구조의 비대칭성으로 인해 방향에 따라 굴절률이 다른 성질입니다. 염화나트륨(NaCl)은 등방성 결정 구조를 가진 입방 결정계 물질이므로 복굴절성을 가지지 않습니다.
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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: 53%)
  • 부르스터 각(Brewster's angle)으로 입사한 빛은 반사광의 편광 상태가 완전히 일정해지는 특성이 있습니다. 따라서 레이저 공진기의 창을 부르스터 각도로 기울이면 특정 방향의 편광 성분만을 선택적으로 투과/반사시켜 레이저 빔의 편광 특성을 높일 수 있습니다.
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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: 48%)
  • $\text{CO}_2$ 레이저에서 $\text{He}$가스는 $\text{CO}_2$ 분자의 하위 준위에서 기저 상태로의 전이(완화)를 촉진하는 역할을 합니다. 이를 통해 상위 준위의 인구수를 유지시켜 밀도 반전을 효율적으로 형성함으로써 발진 효율과 출력을 증가시킵니다.
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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: 35%)
  • 빛이 왕복한 거리($2d$)는 빛의 속도($c$)와 왕복 시간($t$)의 곱과 같습니다. 목표물까지의 거리는 이를 2로 나눈 값입니다.
    ① [기본 공식] $d = \frac{c \times t}{2}$
    ② [숫자 대입] $d = \frac{3 \times 10^{8} \times 10 \times 10^{-6}}{2}$
    ③ [최종 결과] $d = 1500$ m
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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: 67%)
  • $\text{CO}_{2}$ 레이저는 고출력 구현이 가능하며, 금속 및 비금속 재료의 절단, 용접 등 산업용 가공에 가장 널리 사용되는 레이저입니다.

    오답 노트
    $\text{Ar}^{+}$ 레이저: 주로 정밀 측정 및 분광학에 사용
    Ruby 레이저: 최초의 레이저로 주로 천공 등에 사용
    $\text{He-Cd}$ 레이저: 저출력 연속파 레이저로 정밀 측정에 사용
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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: 53%)
  • 레이저 빔의 직경과 퍼짐각의 곱은 일정하게 유지됩니다. 즉, 빔 직경이 $n$배 확대되면 퍼짐각은 $1/n$배로 감소합니다.
    ① [기본 공식] $\theta_{2} = \theta_{1} \times \frac{D_{1}}{D_{2}}$
    ② [숫자 대입] $\theta_{2} = \Delta\theta \times \frac{2}{20}$
    ③ [최종 결과] $\theta_{2} = \frac{\Delta\theta}{10}$
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74. 다음 중 화학 레이저에 사용되는 레이저 매질은?

  1. Ar+
  2. HF
  3. GaAs
  4. R-6G
(정답률: 55%)
  • HF(불화수소)는 화학 반응을 통해 에너지를 얻는 대표적인 화학 레이저 매질입니다.

    오답 노트
    Ar+: 가스 레이저
    GaAs: 반도체 레이저
    R-6G: 염료 레이저
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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: 40%)
  • 복소수 가간섭도의 크기는 간섭무늬의 가시도(Visibility)와 직접적으로 일치합니다.

    오답 노트
    시간 가간섭성: 진동수 폭과 관련됨
    공간 가간섭성: 광원의 크기와 관련됨
    가간섭 시간: 위상이 일정하게 유지되는 시간
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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: 32%)
  • 렌즈에 의해 집속된 광속의 크기(집속 스폿 크기)는 입사광의 직경, 파장, 렌즈의 초점거리에 의해 결정됩니다. 따라서 입사광속의 선폭은 집속 크기에 영향을 주지 않습니다.
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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: 48%)
  • 레이저광의 3대 주요 특성은 높은 간섭성, 단색성, 지향성입니다. 편광성은 레이저의 기본 특성이라기보다 매질의 구조나 외부 편광자에 의해 결정되는 성질입니다.
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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: 35%)
  • 푸리에 한계(Fourier limit) 조건에서 펄스의 시간폭 $T$와 스펙트럼 폭 $\Delta f$는 서로 반비례 관계에 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta f \times T \approx C$ (단, $C$는 상수)
    ② [숫자 대입] $\Delta f_A T_A = \Delta f_B T_B$
    ③ [최종 결과] $T_A / T_B = \Delta f_B / \Delta f_A$
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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: 55%)
  • 디지털 광 전송방식은 신호를 0과 1의 이진 형태로 전송하므로, 중계기에서 잡음이 섞인 신호를 원래의 깨끗한 디지털 신호로 복원하는 재생(Regeneration) 과정이 아날로그 방식보다 훨씬 쉽고 효율적입니다.

    오답 노트
    광원의 비선형성 영향: 디지털은 임계값만 판단하므로 영향이 적음
    오류검사코드: 디지털 전송의 핵심 장점으로 오류 최소화 가능
    신호 품질: 재생 과정을 통해 아날로그보다 고품질 유지 가능
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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: 53%)
  • 유전율 텐서가 $E = \begin{pmatrix} n_0^2 & 0 & 0 \\ 0 & n_0^2 & 0 \\ 0 & 0 & n_e^2 \end{pmatrix}$와 같이 대각 성분 중 두 개가 같고 하나가 다른 형태는 광축 하나를 기준으로 굴절률이 다른 특성을 가진 단축결정의 전형적인 특징입니다.
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