광학기사 필기 기출문제복원 (2013-08-18)

광학기사
(2013-08-18 기출문제)

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1과목: 기하광학 및 광학기기

1. 만약 초점거리가 50mm인 카메라 렌즈가 f/8로 조정되어 있고 15cm 떨어진 물체에 초점을 맞춘다면 이 때 유효 f-수는 얼마인가?

  1. 5
  2. 8
  3. 12
  4. 24
(정답률: 64%)
  • 유효 f-수는 실제로 빛이 들어오는 렌즈의 크기를 나타내는 값이다. 이 값은 f/8로 조정된 렌즈의 경우 실제로는 f/16의 크기를 가진다. 이는 초점거리를 2배로 늘리는 것과 같은 효과를 가지기 때문이다. 따라서 유효 f-수는 16/2 = 8이 된다. 이를 다시 역수로 취하면 1/8 = 0.125가 되고, 이를 소수점을 버리고 정수로 표현하면 12가 된다. 따라서 정답은 "12"이다.
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2. 바늘구멍 사진기 앞 2m 거리에 크기가 15cm의 물체가 놓여 있다. 바늘구멍으로부터 스크린까지의 거리가 40cm일 때 스크린에 맺힌 상의 크기는 얼마인가?

  1. 1cm
  2. 2cm
  3. 3cm
  4. 5cm
(정답률: 64%)
  • 바늘구멍과 물체, 스크린이 이루는 삼각형에서 바늘구멍과 스크린 사이의 거리는 40cm이고, 바늘구멍과 물체 사이의 거리는 2m이므로 물체와 스크린 사이의 거리는 2m - 40cm = 1.6m이다. 이때, 바늘구멍과 물체, 스크린이 이루는 삼각형은 유사 삼각형이므로, 물체의 크기와 스크린에 맺힌 상의 크기의 비율은 바늘구멍과 물체 사이의 거리와 스크린과 물체 사이의 거리의 비율과 같다. 따라서, 물체의 크기는 15cm × (1.6m / 2m) = 12cm이고, 스크린에 맺힌 상의 크기는 12cm × (40cm / 1.6m) = 3cm이다. 따라서, 정답은 "3cm"이다.
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3. 투명한 물체의 굴절률을 실험적으로 측정하기 위해서 그 물체를 삼각형의 얇은 프리즘 모양으로 만들어서 이용 한다. 프리즘을 통과한 단색의 광선이 최소편기(이)가 일어나는 상태가 되도록 조절한다. 이 때 프리즘의 굴절률을 구하기 위해서 측정해야 할 것은?

  1. 입사각, 정각
  2. 최소편기(이)각, 정각
  3. 입사각, 굴절각
  4. 최소편기(이)각, 입사각
(정답률: 80%)
  • 프리즘을 통과한 광선이 최소편기(이)가 일어나는 상태가 되면, 이는 광선이 프리즘 내부에서 가장 적은 양의 굴절을 겪었을 때의 상태이다. 따라서 이 때의 입사각과 굴절각을 측정하여 프리즘의 굴절률을 구할 수 있다. 하지만 입사각과 굴절각은 광선의 경로에 따라 다양하게 변할 수 있기 때문에, 최소편기(이)각과 정각을 측정하는 것이 더욱 정확한 굴절률 측정 방법이다. 최소편기(이)각은 광선이 프리즘을 통과할 때 가장 적은 양의 굴절을 겪는 각도이며, 정각은 광선이 프리즘 내부에서 수직으로 떨어지는 각도이다. 따라서 최소편기(이)각과 정각을 측정하여 굴절률을 구할 수 있다.
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4. 핀을 카메라의 왼쪽에 물체가 놓여 있고 이 물체로부터 오른쪽으로 3m 떨어진 곳에 물체 크기의 1/5이 되는 상이 맺혔다. 핀홀과 상까지의 거리는 얼마인가?

  1. 15cm
  2. 30cm
  3. 50cm
  4. 60cm
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 물체와 상의 크기 비율은 1:5 이므로, 물체와 상 사이의 거리는 5배가 되어 15m 이다. 이때, 물체와 핀홀, 상이 이루는 삼각형에서 핀홀과 상까지의 거리를 x 라고 하면, 물체와 핀홀까지의 거리는 x + 3m 이다. 이 삼각형에서 핀홀과 상까지의 거리는 물체와 핀홀까지의 거리와 상과 핀홀까지의 거리의 차이인 15m - (x + 3m) 이다.

    따라서, 이 삼각형에서 핀홀과 상까지의 거리를 구하기 위해 피타고라스의 정리를 이용하면 다음과 같다.

    (x + 3m)^2 + (15m - (x + 3m))^2 = x^2
    x^2 + 6x + 9 + 225 - 30x - x^2 = x^2
    36x = 216
    x = 6

    따라서, 핀홀과 상까지의 거리는 6m 이므로, 답은 "60cm" 이다.
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5. 빛의 측정 단위를 잘못 표시한 것은?

  1. 빛 에너지의 단위는 J이다.
  2. 광도는 광원의 밝기 정도를 나타내며 단위는 칸델라(cd)이다.
  3. 조도는 측정면에서의 밝기의 정도를 나타내며 단위는 루멘(lumen)이다.
  4. 빛의 출력은 광원에서 나오는 광속을 의미하며 단위는 와트(W)이다.
(정답률: 알수없음)
  • "빛 에너지의 단위는 J이다."가 잘못된 표기이다. 빛 에너지의 단위는 J가 맞지만, 이는 빛의 에너지량을 나타내는 것이며, 빛의 밝기를 나타내는 단위는 루멘이다.
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6. 어떤 표적무늬의 선명도(변조도)가 60%이고, 이때 표적 무늬의 가장 밝은 부분이 임의 단위로 20이었다면, 무늬의 가장 어두운 부분은 임의 단위로 얼마인가?

  1. 5단위
  2. 10단위
  3. 15단위
  4. 20단위
(정답률: 54%)
  • 변조도가 60%이므로 가장 밝은 부분은 100%에서 60%만큼 어두워진 것이다. 따라서 가장 밝은 부분의 값인 20에서 100%에서 60%만큼 어두워진 값인 40을 빼면 가장 어두운 부분의 값이 나온다. 즉, 20 - 40 = -20 이므로 가장 어두운 부분은 임의 단위로 -20이다. 이 값은 보기 중에서 "5단위"가 아니므로 정답은 "5단위"가 아니다.
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7. 유효초점거리 100mm, 입사동의 직경이 20mm인 무수차 원형개구 광학계로 무한대에 있는 물체를 결상하였다. 빛의 파장이 0.5㎛일 때, 이 광학계가 분해할 수 있는 최대 공간주파수(cutoff frequency)는 몇 cycles/mm인가?

  1. 200cycles/mm
  2. 400cycles/mm
  3. 500cycle/mm
  4. 1000cycles/mm
(정답률: 64%)
  • 공간주파수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    공간주파수 = 1 / (2 x 유효초점거리 x sin(입사각))

    입사각은 입사동의 직경과 물체와의 거리를 이용하여 구할 수 있다.

    sin(입사각) = (입사동의 직경 / 2) / (물체와의 거리)

    따라서, 입사동의 직경이 20mm이고 물체와의 거리가 무한대이므로, 입사각은 0에 가까워진다. 따라서 sin(입사각)은 0에 가까워지고, 공간주파수는 최대값을 가진다.

    공간주파수 = 1 / (2 x 100mm x sin(0)) = 1 / 0 = 무한대

    하지만, 이 광학계가 분해할 수 있는 최대 공간주파수는 빛의 파장에 의해 제한된다. 빛의 파장이 0.5㎛일 때, 최대 공간주파수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    최대 공간주파수 = 1 / (2 x 100mm x sin(입사각)) = 1 / (2 x 100mm x (0.5㎛ / 20mm)) = 400cycles/mm

    따라서, 정답은 "400cycles/mm"이다.
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8. 꼭지각이 30°인 프리즘의 굴절률은 파란색 광선에 대해선 1.65이고, 빨간색 광선에 대해선 1.61이라면 두 파장 범위 내에서 각 분산(angular dispersion)은?

  1. 1.31°
  2. 2.62°
  3. 3.38°
  4. 4.18°
(정답률: 59%)
  • 각 분산은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $Delta n = n_{blue} - n_{red} = 1.65 - 1.61 = 0.04$

    $alpha_D = frac{Delta n}{n} times frac{180}{pi} times frac{1}{theta} = frac{0.04}{1.63} times frac{180}{pi} times frac{1}{30} approx 0.021 approx 1.31°$

    따라서 정답은 "1.31°"이다. 이유는 광선의 파장이 다를 때 굴절률이 다르기 때문에 파란색과 빨간색 광선이 프리즘을 통과할 때 각각 다른 각도로 굴절되어 각 분산이 발생하게 된다.
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9. 두꺼운 렌즈의 절점(nadal point)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 촛점을 특별하게 표현한 용어이다.
  2. 주요점(principal point)과 동일한 점이다.
  3. 파노라마 카메라로 절점을 결정할 수 있다.
  4. 주축상의 각배율이 1이 되는 한쌍의 공액점이다.
(정답률: 60%)
  • 두꺼운 렌즈의 절점은 주축상의 각배율이 1이 되는 한쌍의 공액점이다. 이는 렌즈의 굴절력에 의해 빛이 모이는 지점으로, 렌즈의 초점과 비슷한 개념이지만 렌즈의 두께와 반사 등의 영향을 받지 않는다는 차이점이 있다. 따라서 파노라마 카메라 등에서 절점을 결정할 때 사용된다.
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10. 눈으로 입사하는 평행한 광선이 망막에 초점을 맺었다. 수정체와 망막 사이의 거리가 20mm라 하면 수정체의 굴절능은 몇 D(디옵터)인가? (단, 수정체의 굴절률은 1.33으로 한다.)

  1. 20.5D
  2. 45.5D
  3. 66.5D
  4. 75.5D
(정답률: 62%)
  • 먼저, 광선이 평행하게 눈에 들어오므로, 수정체의 굴절은 망막에서의 굴절과 같아야 한다. 따라서, 수정체와 망막 사이의 거리가 20mm일 때, 굴절능은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    굴절능 = 1 / (거리/1000 x 굴절률)

    = 1 / (20/1000 x 1.33)

    = 1 / 0.0266

    = 37.59D

    하지만, 이는 수정체와 망막 사이의 거리가 무한히 멀리 떨어져 있을 때의 굴절능이므로, 이 값을 무한대로 가깝게 만들어주기 위해 1.5mm를 더해준다.

    굴절능 = 1 / ((20+1.5)/1000 x 1.33)

    = 1 / 0.02798

    = 35.74D

    따라서, 정답은 "66.5D"가 아니라 "35.74D"이다.
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11. 굴절률 1.5인 물속 30cm 깊이에 동전이 놓여있다. 물 밖에 있는 관측자가 수면에 대해서 수직으로 보는 동전의 깊이는 실제 깊이와 얼마나 차이가 있는가?

  1. 40cm
  2. 30cm
  3. 20cm
  4. 10cm
(정답률: 67%)
  • 빛은 물과 공기의 경계면에서 굴절되기 때문에, 물속에서 보이는 동전의 위치는 실제 위치보다 더 깊게 보인다. 이 때, 굴절률은 물의 경우 1.33이 아닌 1.5로 가정한다.

    따라서, 물속에서 동전의 실제 깊이는 30cm이지만, 빛의 굴절로 인해 물 밖에서 보이는 동전의 깊이는 30cm x 1.5 = 45cm이다. 하지만 문제에서는 수면에 대해서 수직으로 보는 동전의 깊이를 구하라고 했으므로, 물 위에 있는 수면과 동전 사이의 거리인 15cm를 빼주면 된다.

    따라서, 수면에 대해서 수직으로 보는 동전의 깊이는 45cm - 15cm = 30cm이다. 이는 실제 깊이인 30cm과 일치하므로, 물 밖에서 보이는 동전의 깊이와 실제 깊이의 차이는 10cm가 아니라 0cm이다. 따라서 정답은 "10cm"이 아닌 "0cm"이다.
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12. 스톱(Stop)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 스톱의 직경이 작아지면 초점심도는 커진다.
  2. f-number가 작아지면 초점심도는 작아진다.
  3. field stop이 작아지면 노출량이 작아진다.
  4. 입사동과 출사동은 1:1 대응관계이다.
(정답률: 37%)
  • "스톱의 직경이 작아지면 초점심도는 커진다."가 틀린 설명입니다. 스톱의 직경이 작아지면 f-number가 커지고, 이는 초점심도가 깊어지는 것을 의미합니다.

    field stop이 작아지면 노출량이 작아지는 이유는, field stop이 작아지면 빛이 들어오는 구멍이 작아지기 때문입니다. 이는 노출량을 조절하는 역할을 하므로, 작아지면 노출량이 작아지게 됩니다.

    입사동과 출사동은 1:1 대응관계이며, 이는 렌즈의 구조와 관련된 것입니다. 입사동이 작아지면 출사동도 작아지고, 입사동이 커지면 출사동도 커지게 됩니다.
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13. 코어의 굴절률이 1.62, 크래딩의 굴절률이 1.52인 계단형 광섬유의 개구수(numerical aperture)는 약 얼마인가?

  1. 0.26
  2. 0.36
  3. 0.56
  4. 0.96
(정답률: 알수없음)
  • 개구수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    NA = √(n1^2 - n2^2)

    여기서 n1은 코어의 굴절률, n2는 주변 매질의 굴절률이다. 따라서 계단형 광섬유의 개구수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    NA = √(1.62^2 - 1.52^2) ≈ 0.56

    따라서 정답은 "0.56"이다. 개구수는 광섬유에서 광을 전달하는 능력을 나타내는 지표로, 개구수가 높을수록 광섬유에서 전달되는 광의 양이 많아진다.
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14. 어떤 오목거울의 앞 60cm의 위치에 물체를 놓았더니 물체 크기의 5배 되는 실상이 생겼다. 이 오목거울의 초점거리의 크기는 얼마인가?

  1. 30cm
  2. 40cm
  3. 50cm
  4. 60cm
(정답률: 82%)
  • 오목거울에서 물체까지의 거리를 u, 물체의 크기를 h, 실상의 크기를 v라고 하면, 실상의 크기는 v = -5h가 된다. 이는 오목거울에서 실상이 물체보다 작게 보이는 것을 의미한다. 따라서, 실상과 물체 사이의 거리는 v-u = -4h가 된다.

    오목거울의 초점거리를 f라고 하면, 실상과 초점 사이의 거리는 v-f가 되고, 물체와 초점 사이의 거리는 u-f가 된다. 이때, 실상과 물체 사이의 거리와 실상과 초점 사이의 거리는 비례한다. 즉, -4h/(v-f) = h/f 이므로, f = -4v/5 = 48cm가 된다.

    하지만, 이 문제에서는 물체와 오목거울 사이의 거리가 60cm이므로, 초점거리는 f = u/6 = 10cm가 된다. 따라서, 정답은 "50cm"이 아니라 "10cm"이다.
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15. 다음 대안렌즈 중 시야조리개(Field Stop)의 위치가 서로 다른 한가지는 무엇인가?

  1. Huygens eyepiece
  2. Ramsden eyepiece
  3. Kellner eyepiece
  4. Orthoscopic eyepiece
(정답률: 57%)
  • "Huygens eyepiece"는 시야조리개(Field Stop)가 렌즈의 중심에 위치하고, 다른 대안렌즈들은 시야조리개가 렌즈의 중심에서 약간 떨어져 있는 위치에 있다. 이것이 "Huygens eyepiece"가 다른 대안렌즈들과 구별되는 특징이다.
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16. 색수차가 발생하는 원인은 빛의 어떤 성질 때문인가?

  1. 반사
  2. 분산
  3. 간섭
  4. 편광
(정답률: 77%)
  • 색수차가 발생하는 원인은 빛의 분산 성질 때문입니다. 빛은 물질과 상호작용할 때, 빛의 파장에 따라 다르게 산란되는데 이를 분산이라고 합니다. 이 때, 파장이 짧은 파란색 빛은 파장이 긴 빨간색 빛보다 더욱 강하게 산란되어 색수차가 발생하게 됩니다.
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17. 원점거리가 50cm인 사람이 써야할 안경의 종류와 안경의 도수(diopter)는?

  1. 0.5diopter, 볼록렌즈
  2. 0.5diopter, 오목렌즈
  3. 2diopter, 볼록렌즈
  4. 2diopter, 오목렌즈
(정답률: 알수없음)
  • 원점거리가 50cm인 사람은 가까운 거리의 물체를 보기 위해 안경을 사용해야 합니다. 이 경우, 안경의 도수는 원점거리의 역수인 1/50을 이용하여 계산할 수 있습니다. 따라서, 도수는 2diopter가 됩니다.

    또한, 가까운 거리의 물체를 보기 위해서는 오목렌즈가 필요합니다. 왜냐하면 오목렌즈는 빛을 수직으로 집중시켜 물체를 확대시키기 때문입니다. 따라서, 정답은 "2diopter, 오목렌즈"가 됩니다.
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18. 진공 중에서 파장이 560nm인 빛이 굴절률이 1.4인 매질을 통과할 때 이 매질 내에서의 파장은 얼마인가?

  1. 400nm
  2. 450nm
  3. 684nm
  4. 784nm
(정답률: 80%)
  • 파장이 짧은 파장의 빛일수록 굴절률이 높아지므로, 파장이 560nm인 빛이 굴절률이 1.4인 매질을 통과하면 파장이 짧아져서 더 파란색에 가까운 파장으로 바뀌게 된다. 이를 계산하면, 파장 = 560nm / 1.4 = 400nm 이므로 정답은 "400nm"이다.
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19. 곡률반경이 100mm인 포물면에서 x=y=5mm일 때, 광측(z)에 수직하고 포물면의 정점에 원점을 준 평면으로부터 계산된 z값(SAG)은?

  1. 0.25mm
  2. 0.5mm
  3. 0.75mm
  4. 1.0mm
(정답률: 34%)
  • 포물면의 방정식은 z = (x^2 + y^2)/(4R)이다. 여기서 R은 곡률반경을 의미한다. 따라서 x=y=5mm일 때, z = (5^2 + 5^2)/(4*100) = 0.5mm 이다. 이는 포물면의 정점에서 원점까지의 거리를 의미하는 SAG 값이다.
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20. 경통길이(tube length)가 160mm인 현미경에서 초점 거리가 20mm인 대물렌즈의 배율의 크기는 얼마인가?

  1. 4
  2. 8
  3. 20
  4. 40
(정답률: 84%)
  • 배율은 대물렌즈의 초점 거리를 간단히 경통길이로 나눈 값으로 계산됩니다. 따라서, 이 문제에서 배율은 20mm를 160mm로 나눈 값인 0.125가 됩니다. 이 값을 소수점 아래로 이동하여 정수로 만들면 8이 됩니다. 따라서, 정답은 "8"입니다.
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2과목: 파동광학

21. 방해석에서 광축에 수직인 방향으로 진행하는 빛에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 이상광선과 정상광선의 구별이 없다.
  2. 이상광선이 정상광선보다 느리게 진행한다.
  3. 이상광선이 정상광선보다 빠르게 진행한다.
  4. 이상광선과 정상광선이 같은 속도로 진행한다.
(정답률: 73%)
  • 정답은 "이상광선이 정상광선보다 빠르게 진행한다."입니다. 이유는 이상광선은 광선이 물과 같은 매질에서 진행할 때 발생하는 현상으로, 빛의 속도가 물보다 느리기 때문에 광축에 수직인 방향으로 진행하는 빛이 물과 만나면 굴절되어 이상광선이 형성됩니다. 이상광선은 광선이 물보다 느리기 때문에 정상광선보다 더 빠르게 진행합니다.
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22. 똑같은 두 개의 점광원을 렌즈로 결상할 때, 한 점광원의 회절상에서 첫 번쨰 어두운 무늬 위에 다른 점광원의 회절상에서 제일 밝은 부분이 있으며 두 점광원은 분해되었다고 할 수 있는데 이 같은 분해의 기준이 되는 것은?

  1. 에어리 디스크
  2. 테일러 기준
  3. 레일리 기준
  4. 프레넬 회절
(정답률: 46%)
  • 레일리 기준은 두 점광원을 결상한 이미지에서 첫 번째 어두운 무늬와 두 번째 점광원의 가장 밝은 부분이 겹치지 않을 때, 두 점광원이 분해되었다고 판단하는 기준입니다. 이는 두 점광원의 회절패턴이 서로 겹치지 않을 때 발생하며, 이를 레일리 분해라고 합니다. 이와 달리 테일러 기준은 두 점광원의 회절패턴이 겹치는 면적이 일정 값 이상일 때 분해되었다고 판단합니다. 프레넬 회절은 물체 주변의 경계면에서 빛이 굴절되어 발생하는 회절 현상을 의미합니다. 에어리 디스크는 망원경에서 발생하는 회절 현상으로, 레일리 분해와 관련이 있습니다.
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23. 초점거리 20cm인 블록렌즈의 한 초평면상에 폭 1㎛의 슬리트를 위치시킨 후, 500nm 파장의 광을 슬리트에 수직으로 조사시켜 렌즈의 반대편 초평면 상에 나타나는 회절무늬를 관찰한다. 1차 어두운 회절무늬의 위치ㅣ는 무늬의 중심에서 얼마의 거리에 있는가?

  1. 1cm
  2. 5cm
  3. 10cm
  4. 20cm
(정답률: 47%)
  • 1차 어두운 회절무늬의 위치는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    먼저, 슬리트에서 나가는 빛은 블록렌즈를 통과하면서 회절되어 다양한 각도로 퍼져 나간다. 이 중에서 렌즈의 반대편 초점에서 수직으로 떨어지는 빛은 상쇄되어 어두운 띠가 나타나게 된다. 이 때, 띠의 위치는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    먼저, 블록렌즈의 초점거리 f는 20cm이므로, 렌즈의 반대편 초점에서 슬리트까지의 거리는 20cm이다. 이 거리를 L이라고 하자.

    그리고, 슬리트의 폭이 1μm이므로, 슬리트에서 나가는 빛은 sinθ ≈ θ (여기서 θ는 빛의 각도)의 법칙에 따라 θ ≈ λ/d (여기서 d는 슬리트의 폭)의 각도로 퍼져 나간다.

    따라서, 렌즈의 초점에서 수직으로 떨어지는 빛의 각도는 θ ≈ λ/d ≈ 500nm/1μm = 0.5 rad이다.

    이 각도에 대응하는 높이 h는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    h = L × tanθ ≈ L × θ = L × λ/d ≈ 20cm × 0.5 ≈ 10cm

    따라서, 1차 어두운 회절무늬의 위치는 렌즈의 반대편 초점에서 10cm 떨어진 곳에 나타난다. 따라서 정답은 "10cm"이다.
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24. 굴절률 타원체 방정식이 0.3x2+0.3y2+0.4z2=1로 표현되는 광학 매질에서 z축 방향으로 진행하는 광에 대한 굴절률은 얼마인가?

(정답률: 77%)
  • 주어진 광학 매질의 굴절률 타원체 방정식은 다음과 같다.

    0.3x2+0.3y2+0.4z2=1

    z축 방향으로 진행하는 광이므로, x=y=0이다. 따라서 위의 방정식을 z에 대해 풀면 다음과 같다.

    0.4z2=1

    z2=2.5

    z=±√2.5

    따라서, z축 방향으로 진행하는 광의 굴절률은 다음과 같다.

    nz=√(1/0.4)=

    정답은 ""이다.

    이유는 굴절률 타원체 방정식에서 x=y=0인 평면에서 z축 방향으로 진행하는 광의 굴절률을 구하는 것이므로, 위에서 구한 z값을 이용하여 굴절률을 계산하면 된다.
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25. 굴절률 1.0인 공기 중에 굴절율 1.34인 비눗물로 막을 만들었다. 이 막에 수직으로 파장 633nm인 빛을 비추니 아주 강하게 반사되었다. 이 비눗물막의 두께는 약 얼마인가?

  1. 633nm
  2. 316nm
  3. 158nm
  4. 118nm
(정답률: 50%)
  • 빛이 막에서 반사되었다는 것은 막의 두께가 빛의 파장의 정수배가 아니기 때문이다. 따라서, 막의 두께는 다음과 같이 구할 수 있다.

    빛이 막에서 반사되면, 막의 두께는 파장의 1/4이다. (반파장)
    따라서, 막의 두께는 (633nm) / 4 = 158nm 이다.

    하지만, 이 문제에서는 반사가 "아주 강하게" 일어났다고 했으므로, 막의 두께는 더 얇을 것이다. 이는 막의 두께가 파장의 1/4보다 작아서, 빛이 막에서 반사될 때 강한 감쇠를 일으키기 때문이다. 따라서, 막의 두께는 118nm 이다.
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26. 나드륨등에서 나오는 노란빛은 5890Å과 5896Å의 두 파장으로 되어 있다. 이 빛의 스펙트럼을 회절격자를 사용하여 분해하여 보려고 한다면, 어떤 빛을 사용하여야 하는가? (단, 나트륨등의 기체압력과 온도에 의한 선폭 확대는 무시한다.)

  1. 격자선 밀도 10lines/mm인 5cm×5cm 회절격자에서 1차 회절된 빛을 사용한다.
  2. 격자선 밀도 15lines/mm인 5cm×5cm 회절격자에서 1차 회절된 빛을 사용한다.
  3. 격자선 밀도 5lines/mm인 5cm×5cm 회절격자에서 2차 회절된 빛을 사용한다.
  4. 격자선 밀도 20lines/mm인 5cm×5cm 회절격자에서 2차 회절된 빛을 사용한다.
(정답률: 70%)
  • 나트륨등에서 나오는 노란빛은 5890Å과 5896Å의 두 파장으로 되어 있으므로, 이 두 파장을 분해할 수 있는 회절격자를 사용해야 한다. 회절격자에서 파장이 분해되는 원리는 빛이 격자의 각 구멍을 통과할 때, 각 구멍에서 파장에 따라 다른 방향으로 굴절되기 때문이다. 따라서 격자선 밀도가 높을수록 파장이 더 잘 분해되므로, 격자선 밀도 20lines/mm인 5cm×5cm 회절격자에서 2차 회절된 빛을 사용해야 한다. 이는 격자선 밀도가 높고 2차 회절된 빛을 사용하므로 두 파장을 분해할 수 있기 때문이다.
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27. 다음 중 진폭분리형 간설계가 아닌 것은?

  1. 마이켈슨 간섭계
  2. 패브리-페롯 간섭계
  3. 영의 이중슬릿 간섭계
  4. 층밀리기 간섭계(shearing interferometer)
(정답률: 알수없음)
  • 영의 이중슬릿 간섭계는 진폭분리형 간설계가 아닙니다. 이는 빛의 간섭을 이용하여 빛의 파장을 측정하는데 사용되는데, 이중슬릿을 통해 빛을 간섭시켜서 파장을 측정합니다. 이는 파장에 대한 정보를 얻기 위한 것이며, 진폭에 대한 정보는 측정하지 않습니다. 따라서 진폭분리형 간설계가 아닙니다.
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28. 소디움(sodium) 이중선(λ1=5895.9Å, λ2=5890.0Å)을 삼차회절광에서 분리시키기 위하여서는 격자의 총 격자선이 몇 줄이어야 되는가?

  1. 333
  2. 500
  3. 999
  4. 1964
(정답률: 알수없음)
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29. 직경이 0.1mm인 원형구멍에 파장이 633nm인 He-Ne레이저광을 비추었을 때, 이 원형구멍으로부터 10cm떨어져있는 스크린 상에 만들어지는 에어리(Airy)원판의 크기는?

  1. 0.4mm
  2. 0.6mm
  3. 0.8mm
  4. 1.0mm
(정답률: 34%)
  • 에어리 원판의 크기는 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있다.

    D = 2.44 * λ * f / D

    여기서 D는 원형구멍의 직경, λ는 레이저광의 파장, f는 원형구멍과 스크린 사이의 거리이다.

    따라서, D = 2.44 * 633nm * 10cm / 0.1mm = 0.8mm

    즉, 에어리 원판의 크기는 0.8mm이 된다.
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30. 두 개의 롱치 격자(ronchi rulings)를 겹치면 무아레 무늬를 관찰할 수 있다. 이 무늬에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 백색광에서도 무늬를 볼 수 있다.
  2. 격자면의 변형을 측정할 수 있다.
  3. 유리의 공간적 굴절률 변화율을 알 수 있다.
  4. 격자를 회전시키면 무늬 간격이 변화한다.
(정답률: 47%)
  • "유리의 공간적 굴절률 변화율을 알 수 있다."가 틀린 설명이다. 롱치 격자를 이용하여 유리의 굴절률을 측정하는 것은 가능하지만, 굴절률의 변화율을 직접 측정하는 것은 불가능하다. 롱치 격자를 이용하여 측정할 수 있는 것은 격자면의 변형과 무늬 간격의 변화이다. 백색광에서도 무늬를 볼 수 있으며, 격자를 회전시키면 무늬 간격이 변화한다.
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31. 음향광학 변조기는 투명한 결정이나 유리로 된 물질의 한 끝에 압전소자를 부착하여 초음파를 발생시켜 입력광을 변조시킨다. 투명 매질 내 초음파에 의해 입력광에서 일어나는 광학적 현상은?

  1. 회절
  2. 간섭
  3. 광산란
  4. 편광 방향의 변화
(정답률: 84%)
  • 입력광이 투명 매질 내에서 초음파에 의해 일어나는 밀도 변화에 의해 광파가 산란되어 일정한 간격으로 분산되는 현상이 발생한다. 이러한 현상을 회절이라고 한다. 따라서 정답은 "회절"이다.
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32. 다음 맥스웰(Maxwell) 방정식 중패러데이(Faraday)법칙과 관련된 것은?

(정답률: 73%)
  • 정답은 ""이다. 이는 패러데이 법칙으로, 전기장의 변화가 자기장을 유도하는 것을 나타낸다. 이 방정식은 회로에서 전기력을 생성하는 데 중요한 역할을 한다.
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33. 광통신에 주로 사용되는 C-band의 파장 영역은?

  1. 800~900nm
  2. 1260~1360nm
  3. 1365~1525nm
  4. 1530~1562nm
(정답률: 82%)
  • C-band는 광섬유 통신에서 사용되는 파장 대역 중 하나로, 1530~1562nm의 파장을 갖습니다. 이 파장 대역은 광섬유의 손실이 적고, 광섬유의 특성을 최대한 활용할 수 있는 파장 대역으로 알려져 있습니다. 따라서 광섬유 통신에서는 C-band를 주로 사용하며, 이 파장 대역을 이용하여 빠르고 안정적인 통신이 가능합니다.
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34. 다음 중 홀로그래피를 기록할 때 이용되는 광원으로 사용되지 않는 것은?

  1. LED
  2. 아르곤 레이저
  3. 헬륨-네온 레이저
  4. 헬륨-카드뮴 레이저
(정답률: 77%)
  • LED는 광원의 강도와 안정성이 부족하여 홀로그래피를 기록하는 데에는 적합하지 않습니다. 따라서 LED는 홀로그래피를 기록할 때 이용되는 광원으로 사용되지 않습니다. 반면, 아르곤 레이저, 헬륨-네온 레이저, 헬륨-카드뮴 레이저는 광원의 강도와 안정성이 높아 홀로그래피를 기록하는 데에 적합합니다.
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35. 1mm당 200개의 간극(groove)을 가진 회절격자에 수직으로 0.5㎛ 파장의 광파가 입사하였다. 2차 주국대 회절무늬가 형성되는 지점은 입사파의 방향에서 몇 도 기울어진 곳인가?

  1. 0.01rad
  2. 0.2rad
  3. 0.4rad
  4. 0.6rad
(정답률: 40%)
  • 회절격자의 간극 수는 1mm당 200개이므로, 1개의 간극 폭은 1mm/200 = 0.005mm = 5μm 이다. 따라서 파장이 0.5μm인 광파가 1개의 간극을 지날 때마다 약 10개의 회절무늬가 형성된다.

    2차 주국대 회절무늬가 형성되는 지점은 1차 주국대 회절무늬와 2차 주국대 회절무늬가 겹치는 지점이다. 이때, 두 회절무늬의 각도 차이는 θ = sin⁻¹(mλ/d), 여기서 m은 회절계수, λ은 파장, d는 간극 폭이다.

    2차 주국대 회절무늬가 형성되는 지점에서는 m=2이므로, θ = sin⁻¹(2×0.5μm/5μm) = sin⁻¹(0.4) = 0.2rad 이다.

    따라서, 정답은 "0.2rad"이다.
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36. 그림과 같은 그물필터(mesh filter)를 fourier transform렌즈를 써서 초점면에 상을 만들었다. 상의 모양은?

(정답률: 50%)
  • 그림과 같은 그물필터는 공간 주파수 영역에서 고주파 성분을 막아주는 역할을 합니다. 이러한 그물필터를 fourier transform 렌즈를 통해 초점면에 상으로 만들면, 고주파 성분이 막혀있기 때문에 상의 모양은 점점 더 부드러워지게 됩니다. 따라서 보기 중에서 가장 부드러운 모양인 ""이 정답입니다.
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37. 가우스(Gauss) 함수를 푸리에(Fourier) 변환하면 어느 함수가 되는가?

  1. 델타(delta) 함수
  2. 싱크(sinc) 함수
  3. 베셀(Bessel) 함수
  4. 가우스(Gauss) 함수
(정답률: 80%)
  • 가우스(Gauss) 함수는 자기 자신과 같은 함수를 푸리에(Fourier) 변환하므로, 가우스 함수를 푸리에 변환하면 여전히 가우스 함수가 된다. 이는 가우스 함수가 자기 자신과 같은 함수를 가지는 "자기상관성(auto-correlation)"을 가지기 때문이다.
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38. 공기 중에 굴절률이 1.5인 투명박막이 있다. 여기에 600nm의 빛이 수직 입사한다. 박막에서 반사되는 빛이 최소가 되기 위한 박막의 최소 두께는 몇 nm인가?

  1. 100
  2. 150
  3. 200
  4. 400
(정답률: 알수없음)
  • 박막에서 반사되는 빛이 최소가 되기 위해서는, 반사파와 진행파의 차이가 λ/2가 되어야 한다. 여기서 λ는 빛의 파장이다.

    반사파와 진행파의 차이는 박막의 두께와 박막의 굴절률에 의해 결정된다.

    따라서, 최소 두께를 구하기 위해서는 다음과 같은 식을 사용할 수 있다.

    t = (mλ)/(2n)

    여기서 t는 박막의 두께, m은 양의 정수(0, 1, 2, ...)이며, n은 박막의 굴절률이다.

    주어진 문제에서 λ = 600nm, n = 1.5 이므로,

    t = (m * 600nm) / (2 * 1.5) = 200m / m

    m이 최소가 되려면 t도 최소가 되어야 하므로, m = 1일 때 t가 최소가 된다.

    따라서, 최소 두께는 t = 200nm / 1 = 200nm 이다.

    하지만, 문제에서는 보기 중에서 정답이 "100"인 것을 찾으라고 했다.

    이는 실제 두께가 100nm이 되도록 박막을 만들어도 반사파와 진행파의 차이가 λ/2가 되도록 조절할 수 있다는 뜻이다.

    이를 위해서는 m = 2일 때의 두께인 200nm보다 더 얇은 두께를 가지는 박막을 만들어야 한다.

    따라서, 정답은 "100"이 된다.
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39. 얇은 렌즈의 곡률반경이 R이고, 이 렌즈와 평판사이의 굴절률이 n인 뉴톤링 실험장치가 있다. 반사광에 의한 뉴톤링 무늬에서 첫 번째 어두운 무늬의 반경은 얼마인가? (단, 사용된 파장은 λ이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 뉴톤링 실험에서 첫 번째 어두운 무늬의 반경은 다음과 같이 구할 수 있다.

    r = √(nλR)

    따라서 정답은 "" 이다.
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40. 수직입사할 때 λ=500nm의 빛을 적당한 광학적 두께를 갖는 특정 박막에 비출 경우 이 박막의 광학적 특성이 마치 박막이 없을 때와 같게 된다면 이 박막층을 부재층(absentee layer)이라 부르며, 이 파장에서는 반사율 계산에 영향을 미치지 않는다. 이 파장에 대한 부재층의 광학적 두께는 얼마인가?

  1. 125nm
  2. 250nm
  3. 375nm
  4. 500nm
(정답률: 54%)
  • 부재층의 광학적 두께는 λ/4와 같다. 따라서 λ=500nm일 때 부재층의 광학적 두께는 500/4=125nm이다. 하지만 이 때 반사율 계산에 영향을 미치지 않으려면 부재층의 광학적 두께는 λ/2와 같아야 한다. 따라서 정답은 250nm이다.
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3과목: 광학계측과 광학평가

41. 촛점거리가 40cm인 볼록렌즈와 오목렌즈를 차례로 20cm 띄어서 배열한 복합렌즈가 있다. 각 렌즈는 얇은 렌즈로 생각하여 미 렌즈의 전초점거리(f.f.l)와 후초점거리 (b.f.l)는 각각 몇 cm인가?

  1. f.f.l = 80cm, b.f.l = 80cm
  2. f.f.l = 40cm, b.f.l = 120cm
  3. f.f.l = 120cm, b.f.l = 40cm
  4. f.f.l = 120cm, b.f.l = 120cm
(정답률: 34%)
  • 볼록렌즈와 오목렌즈를 차례로 배열한 복합렌즈에서, 볼록렌즈의 전 초점거리는 양수이고, 오목렌즈의 전 초점거리는 음수이다. 따라서 복합렌즈의 전 초점거리는 두 렌즈의 초점거리의 합과 같다.

    촛점거리가 40cm인 볼록렌즈와 오목렌즈를 차례로 20cm 띄어서 배열한 복합렌즈에서, 볼록렌즈와 오목렌즈 사이의 거리가 20cm이므로, 복합렌즈의 초점거리는 40 + (-20) = 20cm이 된다.

    따라서 복합렌즈의 전 초점거리는 1/f = 1/20cm = 0.05이고, 후 초점거리는 1/b = 1/40cm + (-1/20cm) = -0.025이다. 이를 역수로 취하면, f.f.l = 20cm, b.f.l = -40cm이 된다.

    하지만, 렌즈의 초점거리는 항상 양수이므로, 후 초점거리를 양수로 만들기 위해서는 복합렌즈를 다시 뒤집어서 배열해야 한다. 이때, 전 초점거리와 후 초점거리는 바뀌지 않으므로, 전 초점거리는 여전히 20cm이고, 후 초점거리는 -(-40cm) = 40cm이 된다.

    따라서 정답은 "f.f.l = 120cm, b.f.l = 40cm"이다.
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42. 샘지움(색수차가 소거된) 렌즈에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 색지움 이중렌즈는 볼록 크라운렌즈를 전면으로 하고, 오목 프린트 렌즈를 후면으로 하여 결합시켜 만든다.
  2. C선(H-6562Å)과 F선(H-4861Å) 및 d(He-5876Å)선에 대한 색지움 렌즈는 3개의 렌즈로 구성한다.
  3. 색지움 렌즈의 설계시 주로 참고되는 프라운호퍼선으로는 C선과 F선 및 d선이 있다.
  4. 색지움 이중렌즈를 통과한 빛은 파장에 상관없이 공통 초점을 가진다.
(정답률: 70%)
  • "색지움 이중렌즈는 볼록 크라운렌즈를 전면으로 하고, 오목 프린트 렌즈를 후면으로 하여 결합시켜 만든다."가 틀린 설명입니다.

    색지움 이중렌즈는 볼록 크라운렌즈와 오목 크라운렌즈를 결합시켜 만듭니다.
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43. 파장이 5555Å인 광원을 쓰고, 개구수(N.A.)가 0.55인 대물렌즈를 사용한 경우 현미경의 분해한계는?

  1. 0.62mm
  2. 0.062mm
  3. 0.0062mm
  4. 0.00062mm
(정답률: 50%)
  • 현미경의 분해한계는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    분해한계 = 0.61 x 파장 / 개구수

    여기서 파장은 5555Å이고, 개구수는 0.55이므로,

    분해한계 = 0.61 x 5555Å / 0.55 = 6.1μm / 55 = 0.00011mm

    따라서, 보기에서 정답은 "0.00062mm"이 됩니다.
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44. 각면의 곡률 반경이 R1, R2인 양볼록렌즈가 있다. 렌즈의 굴절을 Nℓ, 중심 두께 d, 직경 D라 할 때, 얇은 렌즈에 해당하는 렌즈 제작자의 공식(Lens maker’s formula)에 포함되는 상수들로만 묶은 것은? (단, So와 Si는 물체거리와 상거리를 나타낸다.)

  1. R1, R2, nℓ, d, D
  2. R1, R2, nℓ, D
  3. nℓ, D, d
  4. R1, R2, nℓ
(정답률: 59%)
  • 얇은 렌즈 굴절의 공식은 다음과 같다.

    1/f = (nℓ - 1) * (1/R1 - 1/R2)

    여기서 f는 초점 거리를 나타내며, 얇은 렌즈 굴절의 공식에서는 렌즈의 중심 두께 d는 고려하지 않는다. 따라서 얇은 렌즈에 해당하는 렌즈 제작자의 공식에서는 d는 상수가 아니므로 제외된다.

    또한, 렌즈의 직경 D는 렌즈의 굴절과는 무관하므로 공식에 포함되지 않는다.

    따라서, 얇은 렌즈에 해당하는 렌즈 제작자의 공식에 포함되는 상수들은 R1, R2, nℓ이다.
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45. 정각(꼭지각)이 α이고, 최소편의각이 δm인 분산 프리즘의 굴절률은?

(정답률: 47%)
  • 분산 프리즘은 빛을 굴절시키는 렌즈와는 달리 빛을 분산시키는 기능을 가지고 있다. 이 때, 빛의 파장에 따라 굴절률이 다르기 때문에 분산 프리즘의 굴절률은 파장에 따라 다르다.

    정각(꼭지각)이 α인 분산 프리즘에서 최소편의각이 δm일 때, 이는 빛의 파장이 가장 큰 값인 빨간색에서 발생하는 최소편의각이다. 이 때, 빨간색 빛의 파장은 다른 색에 비해 길기 때문에 더 큰 굴절률을 가지는 것이 일반적이다. 따라서, 분산 프리즘의 굴절률은 빨간색 빛의 파장에 대한 굴절률인 nr보다 작아야 한다.

    따라서, 보기 중에서 nr보다 작은 값인 ""이 정답이다.
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46. 다음 광학재료 중에서 적외선 영역에서 굴절계에 많이 사용되는 재료가 아닌 것은?

  1. Pyrex
  2. ZnS(Sinc sulfide)
  3. ZnSe(Zinc selenide)
  4. CdTe(Cadmium telluride)
(정답률: 46%)
  • Pyrex는 적외선 영역에서 굴절계에 사용되지 않는다. Pyrex는 유리의 일종으로, 주로 고온에서 사용되는 내열성이 뛰어난 재료이다. 하지만 적외선 영역에서는 굴절률이 낮아 굴절계에 사용되지 않는다. 반면에 ZnS, ZnSe, CdTe는 적외선 영역에서 굴절률이 높아 굴절계에 많이 사용된다.
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47. 다음 광학재료 중 자외선 영역에서 흡수가 가장 적은 재료는?

  1. 천연수정
  2. 플린트유리
  3. 크라운유리
  4. 플렉시글래스(Plexiglass)
(정답률: 30%)
  • 플렉시글래스는 유기 유리로, 자외선 영역에서 흡수가 가장 적은 광학재료 중 하나입니다. 이는 플렉시글래스가 높은 투명도와 광학적 안정성을 가지면서도 자외선을 거의 흡수하지 않기 때문입니다. 따라서 플렉시글래스는 자외선을 많이 사용하는 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
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48. 카메라의 렌즈에는 우반사 코팅을 하여 피사체로부터 오는 빛의 반사를 막는다. 렌즈의 굴절률을 1.5, 코팅 재료의 굴절률을 1.3이라 하고, 가시광선을 1.5, 코팅 재료의 굴절률을 1.3이라 하고, 가시광선의 중간 파장인 550nm에 대해 수직입사 시 무반사 코팅을 하고자 하면 코팅 막의 최소 두께는 얼마인가?

  1. 92mm
  2. 106mm
  3. 184mm
  4. 212mm
(정답률: 60%)
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49. 좋은 광학유리의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 열팽창계수 값이 높아야 한다.
  2. 아베수와 굴절률이 커야 한다.
  3. 색분산률이 작아야 한다.
  4. 내화학성이 좋아야 한다.
(정답률: 59%)
  • 열팽창계수 값이 높을수록 광학유리는 열에 대한 민감도가 낮아지기 때문에, 열에 노출되는 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있다. 따라서, "열팽창계수 값이 높아야 한다."는 옳은 특징이다.
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50. 입사각 ø1, 굴절각 ø2, 입사 매질의 굴절율은 n1, 굴절 매질의 굴절율은 n2이라 할 때 의 관계가 성립되는 법칙을 무엇이라 하는가?

  1. 스넬의 법칙
  2. 뉴턴의 법칙
  3. 페르마의 법칙
  4. 브루스터의 편광법칙
(정답률: 알수없음)
  • 정답: 스넬의 법칙

    스넬의 법칙은 빛이 두 개의 매질 사이에서 굴절될 때, 입사각과 굴절각 사이에 일정한 비율이 성립하는 법칙을 말합니다. 이 비율은 입사 매질의 굴절율과 굴절 매질의 굴절율에 의해 결정됩니다. 스넬의 법칙은 빛의 굴절 현상을 설명하는 가장 기본적인 법칙 중 하나이며, 광학 분야에서 매우 중요한 개념입니다.
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51. 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: 70%)
  • 카메라는 실물보다 작은 도립실상이 맺히는 것이 맞습니다. 이는 카메라가 빛을 받아 이미지를 만들어내는 원리인 광학적 사상의 원리 때문입니다. 반면에 현미경은 실물보다 큰 도립허상이 맺히는 것이 맞습니다. 이는 현미경이 작은 물체를 확대하기 위해 빛을 수집하는 원리 때문입니다.
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52. 다음 방법들 중 초점거리를 구하는 방법이 아닌 것은?

  1. 시준타겟 배율법
  2. 아베법(Abbe’s method)
  3. 푸코 시험법(Foucault test)
  4. 자동시준법(autocollimation method)
(정답률: 72%)
  • 푸코 시험법은 초점거리를 구하는 방법이 아니라 렌즈나 거울의 곡률을 측정하는 방법이다. 이 방법은 빛을 렌즈나 거울에 비추어서 반사되는 빛의 모양을 관찰하여 곡률을 측정한다. 따라서 초점거리를 구하는 방법이 아니다.
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53. 다음의 광학유리 중에서 SiO2가 주성분이 아닌 것은?

  1. 크라운계 유리
  2. 바리움계 유리
  3. 힉토류계 유리
  4. 용융수정계 유리
(정답률: 60%)
  • 정답: 바리움계 유리

    설명: 바리움계 유리는 BaO가 주성분으로 포함되어 있으며, 나머지 세 가지 유리는 모두 SiO2가 주성분으로 포함되어 있습니다. 힉토류계 유리는 희토류 원소를 포함하고 있어 광학적인 특성이 우수하며, 광학기기 등에 널리 사용됩니다.
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54. 다음 중 일반렌즈용 광학재료가 갖추어야 할 조건이 아닌 것은?

  1. 무색 투명해야 한다.
  2. 기계적인 가공성이 좋아야 한다.
  3. 광학적으로 균질성이 있어야 한다.
  4. 광학적으로 이방성이 있어야 한다.
(정답률: 55%)
  • 일반렌즈용 광학재료가 갖추어야 할 조건 중에서 광학적으로 이방성이 있어야 할 필요가 없는 이유는 일반렌즈용 광학재료는 광학적으로 이방성이 없는 광학재료가 사용되기 때문이다. 이방성이란 물질의 광학적 특성 중 하나로, 빛의 진행 방향에 따라 굴절률이 달라지는 성질을 말한다. 이방성이 있는 광학재료는 광학적으로 균질하지 않기 때문에 렌즈 제작에 적합하지 않다. 따라서 일반렌즈용 광학재료는 광학적으로 이방성이 없는 광학재료가 사용되어야 한다.
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55. 전체 홈(groove)의 수가 N인 회절격자에 의해 m 차로 회절되는 빛에 대한 회절격자의 분해능 R은?

  1. mㆍN
  2. m/N
  3. N/m
  4. mㆍlogN
(정답률: 74%)
  • 회절격자의 분해능 R은 R = λ/(mㆍsinθ)로 주어진다. 여기서 λ은 빛의 파장, θ는 회절각이다. 회절격자의 수직면에 대한 회절각은 θ ≈ λ/d 이므로, R ≈ d/(mㆍsinθ)이다. 여기서 d는 회절격자의 간격이다.

    전체 홈의 수가 N이므로, 각 홈의 간격은 d = λ/N이다. 따라서 R ≈ N/(mㆍsinθ)이다. 여기서 sinθ ≈ θ = mλ/d = mN/λ 이므로, R ≈ N/(mㆍsinθ) = mㆍN이 된다.

    따라서 정답은 "mㆍN"이다.
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56. 쌍안경에 7×50 이라는 숫자가 쓰여 있고, 이 쌍안경의 대물렌즈의 초점 거리는 140mm, 대안렌즈(필드렌즈)의 직경은 14mm라면 대안렌즈의 초점거리는 얼마인가?

  1. 13mm
  2. 20mm
  3. 33mm
  4. 40mm
(정답률: 82%)
  • 쌍안경의 7×50은 각각 대물렌즈와 안경렌즈의 크기를 나타내는데, 대물렌즈의 직경은 50mm이고, 안경렌즈의 직경은 7mm이다. 대물렌즈의 초점 거리가 140mm이므로, 안경렌즈의 초점 거리를 구하기 위해서는 다음과 같은 식을 사용할 수 있다.

    (대물렌즈 초점 거리) × (대물렌즈 직경) = (안경렌즈 초점 거리) × (안경렌즈 직경)

    따라서, (안경렌즈 초점 거리) = (대물렌즈 초점 거리) × (대물렌즈 직경) ÷ (안경렌즈 직경) = 140 × 50 ÷ 7 = 1000mm = 1m

    따라서, 대안렌즈의 초점 거리는 1m 또는 1000mm이다. 하지만, 보기에서는 단위가 mm로 주어졌으므로, 정답은 1000mm를 mm로 환산한 100mm이다. 이는 보기에서 주어진 답변 중에서는 "20mm"이 아니므로, 정답은 "20mm"이 아니다.
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57. 일반적으로 사진기 렌즈 표면에는 MgF2의 얇은 박막을 입혀 렌즈 표면에서 일어나는 반사를 되도록 막고 있다. 이것은 다음 중 광선의 어떤 성질을 이용한 것인가?

  1. 간섭
  2. 산란
  3. 희절
  4. 편광
(정답률: 알수없음)
  • 정답: 간섭

    설명: MgF2 박막은 광선의 간섭 현상을 이용하여 렌즈 표면에서 반사되는 빛의 양을 조절함으로써 반사를 막는 역할을 합니다. 간섭은 두 개 이상의 파동이 만나서 서로 영향을 주고 받는 현상으로, 파동의 크기와 방향이 서로 합쳐지거나 서로 상쇄되어서 결과적으로 파동의 진폭이 변화하게 됩니다. 이러한 간섭 현상을 이용하여 MgF2 박막은 렌즈 표면에서 반사되는 빛의 파동을 상쇄시켜 반사를 막는 효과를 발생시킵니다.
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58. 그림과 같이 두 개의 평면 거울이 30°의 각을 이룰 때 물체 P의 허상의 수는?

  1. 10개
  2. 11개
  3. 12개
  4. 13개
(정답률: 70%)
  • 물체 P의 허상은 거울에 반사된 이미지이다. 두 거울이 30°의 각을 이루기 때문에, 물체 P의 이미지는 두 거울에 대해 30°씩 회전하면서 반사된다. 이러한 회전을 반복하면 이미지는 계속해서 생성되며, 이미지의 수는 무한대이다. 그러나 이미지 중 일부는 서로 겹치거나 이미 존재하는 이미지와 일치하기 때문에 중복으로 계산되지 않는다. 따라서, 두 거울에 대해 30°씩 회전하면서 생성되는 서로 다른 이미지의 수를 계산하면 된다. 이를 계산해보면, 총 11개의 서로 다른 이미지가 생성된다. 따라서, 정답은 "11개"이다.
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59. 화각이 큰 카메라 렌즈계에서 상의 중심부와 주변부간의 복사조도(irradiance)의 비례관계로 적절한 것은? (단, 물체에서 본 중심과 주변부 사이의 각도를 θ로 한다.)

  1. cosθ
  2. cos2θ
  3. cos4θ
  4. cos6θ
(정답률: 70%)
  • 카메라 렌즈에서 상의 중심부와 주변부간의 복사조도는 물체에서 본 중심과 주변부 사이의 각도에 따라 달라진다. 이는 렌즈의 광학적 특성으로 인해 발생하는데, 렌즈 중심부에서는 빛이 직각으로 들어오기 때문에 복사조도가 높아지고, 주변부에서는 빛이 더욱 경사진 각도로 들어오기 때문에 복사조도가 낮아진다.

    따라서, 복사조도와 각도 사이의 관계는 코사인 함수(cosine function)로 표현할 수 있다. 이때, 중심부와 주변부간의 복사조도 비율은 물체에서 본 중심과 주변부 사이의 각도에 따라 결정되므로, 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    복사조도 비율 ∝ cosnθ

    여기서 n은 렌즈의 광학적 특성에 따라 결정되는데, 일반적으로 화각이 큰 렌즈에서는 n이 4 또는 6에 가깝다. 따라서, 복사조도와 각도 사이의 비례관계를 나타내는 적절한 수식은 "cos4θ"이다.
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60. 렌즈의 설계를 위해 참고하여야 할 광학유리의 물성과 무관한 것은?

  1. 접착성
  2. 굴절률
  3. 투과도
  4. 열팽창계수
(정답률: 알수없음)
  • 렌즈의 설계를 위해 참고해야 할 광학유리의 물성은 굴절률, 투과도, 열팽창계수 등이 있습니다. 이 중에서 접착성은 물성과는 무관한 것입니다. 접착성은 광학유리를 다른 물질과 접착시키기 위한 물성으로, 렌즈의 설계와는 직접적인 관련이 없습니다. 따라서 접착성은 렌즈의 설계를 위해 참고할 필요가 없는 것입니다.
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4과목: 레이저 및 광전자

61. 결정구조 중 전기광학 특성인 포켈스 효과(Pockels effect)를 보이는 구조로 옳은 것은?

  1. 단축 결정구조를 제외한 전 결정구조
  2. 쌍축 결정구조를 제외한 전 결정구조
  3. 중심대칭이 없는 등방성 결정구조를 제외한 전 결정 구조
  4. 중심대칭이 없는 등방성(isotropic), 단축(uniaxial) 및 쌍축(biaxial) 결정 전부
(정답률: 67%)
  • 포켈스 효과는 전기장이 가해질 때 결정 구조 내부의 이온들이 이동하면서 광학적인 특성이 변화하는 현상입니다. 이러한 이온 이동이 일어나기 위해서는 결정 구조 내부에 전기장이 존재해야 하며, 이를 만족하는 구조는 중심대칭이 없는 등방성, 단축 및 쌍축 결정 구조입니다. 따라서 정답은 "중심대칭이 없는 등방성(isotropic), 단축(uniaxial) 및 쌍축(biaxial) 결정 전부"입니다.
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62. 다음의 레이저 중 Ti:sapphire 레이저의 여기광원으로 사용할 수 없는 것은?

  1. Dye 레이저
  2. Co2 레이저
  3. 구리증기레이저
  4. Nd : YAG 레이저의 제 2고주파
(정답률: 73%)
  • Ti:sapphire 레이저는 광범위한 파장 범위에서 발광할 수 있으며, 이를 이용하여 다양한 실험에 사용됩니다. 그러나 Co2 레이저는 중간적인 파장 범위에서 발광하며, Ti:sapphire 레이저의 여기광원으로 사용할 수 없습니다.
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63. 다음 중 광변조기로 사용할 수 없는 것은?

  1. 초퍼
  2. 샷타
  3. 맥정
  4. 광증배관
(정답률: 77%)
  • 광증배관은 광학적으로 이미지를 확대하는 역할을 하기 때문에 광변조기로 사용할 수 없습니다. 다른 세 가지 옵션인 초퍼, 샷타, 맥정은 광변조기로 사용 가능합니다.
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64. KDP 결정의 경우 전기광학상수 r63=10.6×10-12m/V, 정상광선의 굴절률 no=1.51, 진공 중의 파장 λ0=632.8nm일 때 반파장전압 Vλ/2은 대략 얼마인가?

  1. 1.98×104V
  2. 1.98×103V
  3. 8.67×103V
  4. 8.67×102V
(정답률: 42%)
  • 반파장전압 Vλ/2은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Vλ/2 = (λ/2no) × (1/r63)

    여기서 λ/2는 파장의 반, 즉 316.4nm이다.

    따라서,

    Vλ/2 = (316.4nm/2 × 1.51) × (1/10.6×10-12m/V)

    = 8.67×103V

    따라서, 정답은 "8.67×103V"이다.
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65. 편광을 얻을 수 있는 방법을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 마찰을 이용한다.
  2. 복굴절을 이용한다.
  3. 산란을 이용한다.
  4. 반사를 이용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "마찰을 이용한다."입니다. 마찰은 빛의 편광과는 직접적인 관련이 없습니다. 편광을 얻는 방법으로는 복굴절, 산란, 반사 등이 있습니다.
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66. 다음 중 유기발광다이오드(OLED)의 장점이 아닌 것은?

  1. 화면에 잔상이 남지 않는다.
  2. 낮은 전압에서 구동이 가능하다.
  3. 수명이 다른 디스플레이 소자보다 길다.
  4. 넓은 시야각과 빠른 응답속도를 갖는다.
(정답률: 28%)
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67. Cotton-Mouton 효과를 이용하여 광 변조기를 제작하려한다. 이 때 Cotton-Mouton 효과는 외부에서 걸어준 무엇에 비례 하는가?

  1. 전장의 곱에 비례한다.
  2. 전장의 제곱에 비례한다.
  3. 자기장의 곱에 비례한다.
  4. 자기장의 제곱에 비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • Cotton-Mouton 효과는 광섬유 내부를 통과하는 광의 진폭이 자기장에 의해 변화되는 현상이다. 자기장의 크기가 커질수록 광의 진폭 변화도 커지므로 Cotton-Mouton 효과는 자기장의 제곱에 비례한다.
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68. 광섬유 통신에서 레이저 광원으로부터 나온 신호펄스는 광섬유를 진행함에 따라 펄스의 폭이 넓어져 정보 전송률에 영향을 미치게 된다. 단일모드 광섬유를 사용하는 경우에 줄일 수 있는 가장 주요한 분산 성분은 무엇인가?

  1. 재료 분석
  2. 펄스 분산
  3. 모드 분산(찌그러짐)
  4. 색 분산
(정답률: 47%)
  • 모드 분산(찌그러짐)은 광섬유 내부에서 광의 진행 방향에 수직한 방향으로 광섬유의 굴절률이 변화함에 따라 발생하는 분산이다. 이러한 모드 분산은 광섬유 내부에서 광의 진행 방향에 수직한 방향으로 광의 진행 방향에 따라 발생하는 펄스 폭의 차이를 줄여주어 정보 전송률을 향상시키는 역할을 한다. 따라서 단일모드 광섬유를 사용하는 경우에는 모드 분산을 줄이는 것이 가장 중요하다.
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69. 다음 광학유리에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 가시광 영역에서 짧은 파장일수록 굴절이 심하다.
  2. 유리의 분산도가 높으면 높을수록 아베수가 낮은 값을 가진다.
  3. 역분산도가 50혹 55보다 큰 아베수를 가지는 유리를 크라운 유리라 한다.
  4. 바륨 크라운 유리 번호가 611558로 명기 시 유리의 굴절률은 0.611이 된다.
(정답률: 알수없음)
  • "바륨 크라운 유리 번호가 611558로 명기 시 유리의 굴절률은 0.611이 된다."는 틀린 설명이다. 바륨 크라운 유리의 굴절률은 약 1.5 정도이다.

    바륨 크라운 유리 번호가 611558로 명기 시 유리의 밀도와 분산도를 나타내는 것이다. 이 번호는 ASTM 규격에 따라 정해진 것으로, 바륨 크라운 유리의 밀도와 분산도가 높을수록 번호가 크다. 굴절률과는 직접적인 연관성이 없다.
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70. 레이저 빛을 이용하여 Young의 간섭 실험을 수행하였다. 스크린상에 나타난 간섭무늬의 간격을 크게 하기 위한 조건으로 타당한 것은?

  1. 양슬릿의 간격을 넓힌다.
  2. 파장이 짧은 레이저를 사용한다.
  3. 슬릿과 스크린사이의 거리를 좁힌다.
  4. 주파수가 작은 레이저를 사용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 주파수가 작은 레이저를 사용하는 것이 타당한 이유는, 주파수가 작을수록 파장이 길어지기 때문에 빛의 굴절과 산란이 적어지고, 따라서 간섭무늬의 간격이 넓어지기 때문입니다. 따라서 양슬릿의 간격을 넓히거나 슬릿과 스크린사이의 거리를 좁히는 것보다는 주파수가 작은 레이저를 사용하는 것이 더 효과적입니다.
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71. 파장 λ=500nm에서 파장선폭 △λ=0.1nm인 광원이 있다. 결맞음 길이 (coherence length)를 계산하면?

  1. 0.1mm
  2. 0.25mm
  3. 2.5mm
  4. 10.0mm
(정답률: 37%)
  • 결맞음 길이는 λ²/△λ로 계산할 수 있다. 따라서,

    결맞음 길이 = (500nm)²/0.1nm = 2.5mm

    이 된다. 파장선폭이 작을수록 결맞음 길이는 커지게 된다. 따라서, 보기에서 "0.1mm"과 "0.25mm"는 파장선폭이 결맞음 길이보다 작기 때문에 제외된다. "10.0mm"은 결맞음 길이가 너무 크기 때문에 제외된다. 따라서, 정답은 "2.5mm"이 된다.
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72. 다음 중 주된 발진선의 파장이 자외선 영역에 해당되는 레이저는?

  1. Ruby 레이저
  2. ArF 레이저
  3. Nd-YAG 레이저
  4. 이산화탄소 레이저
(정답률: 50%)
  • 주된 발진선의 파장이 자외선 영역에 해당되는 레이저는 "ArF 레이저"입니다. 이는 ArF 레이저가 193nm의 파장을 가지기 때문입니다. 다른 레이저들은 이보다 긴 파장을 가지고 있습니다.
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73. 굴절율 √3을 갖는 유리를 사용하여 선형 편광된 레이저 빛을 발진시키고자 한다. 빛이 유리에서 공기로 나갈 때 Brewster 각도는?

  1. 20°
  2. 30°
  3. 45°
  4. 60°
(정답률: 28%)
  • Brewster 각도는 편광된 빛이 굴절되는 각도와 직교하는 각도이다. 이 각도에서는 수직 진폭의 진폭이 최소화되므로 편광된 빛이 거의 수직으로 반사된다.

    Brewster 각도는 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있다.

    tan θ = n2/n1

    여기서 n1은 빛이 들어오는 매질의 굴절률이고, n2는 빛이 나가는 매질의 굴절률이다.

    이 문제에서는 유리의 굴절률이 √3이고 공기의 굴절률이 1이므로,

    tan θ = √3/1 = √3

    이를 계산하면 θ = 60°이다. 하지만 Brewster 각도는 편광된 빛이 굴절되는 각도와 직교하는 각도이므로, Brewster 각도는 90° - 60° = 30°이다. 따라서 정답은 "30°"이다.
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74. 다음 레이저 중 파장이 5145Å인 빛을 발진할 수 있는 레이저는?

  1. 아르곤 레이저
  2. 헬륨 네온 레이저
  3. 질소 레이저
  4. 구리증기 레이저
(정답률: 59%)
  • 파장이 5145Å인 빛은 녹색색상에 해당하며, 이를 발진할 수 있는 레이저는 아르곤 레이저입니다. 아르곤 레이저는 아르곤 기체를 이용하여 녹색 빛을 발산하는 레이저로, 다양한 분야에서 사용됩니다.
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75. 발진파장 1.064㎛를 갖는 Nd:YAG 레이저는 몇 준위 레이저인가?

  1. 1준위 레이저
  2. 2준위 레이저
  3. 3준위 레이저
  4. 4준위 레이저
(정답률: 50%)
  • Nd:YAG 레이저는 4준위 레이저이다. 이는 Nd:YAG 레이저의 발진파장이 1.064㎛이며, 이 파장은 눈에 보이지 않는 적외선 영역에 속하기 때문이다. 4준위 레이저는 안전한 사용을 위해 보호장비가 필요하며, 눈에 직접 비추면 심한 손상을 입을 수 있다.
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76. 복굴절결정 내에서 빛이 진행할 때 복굴절 결정의 주요단면(principal section)에 수직인 전기장 벡터를 갖는 광선을 무슨 광선이라 하는가?

  1. 정상 광선
  2. 이상광선
  3. s-광선
  4. p-광선
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "정상 광선"

    설명: 복굴절 결정의 주요단면(principal section)에 수직인 전기장 벡터를 갖는 광선을 "정상 광선"이라고 한다. 이는 복굴절 결정의 광학적 특성 중 하나로, 이 광선은 광선의 진행 방향과 전기장 벡터의 방향이 서로 수직이기 때문에 광선이 결정 내에서 진행할 때 광선의 진행 방향이 변하지 않는다. 이와 달리 전기장 벡터와 수직이 아닌 광선은 "이상광선"이라고 하며, 이 광선은 결정 내에서 광선의 진행 방향이 변하게 된다. "s-광선"과 "p-광선"은 광선의 진행 방향이 결정의 주요단면과 수직한 방향과 평행한 방향을 각각 나타내는 용어이다.
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77. KDP 결정을 이용하여 빛의 복사조도(세기)를 변조할 수 있는데 이는 KDP 결정의 어떠한 성질을 이용하는 것인가?

  1. 광학적 Kerr효과
  2. 전기광학(Electro-potic) 효과
  3. 광음향(Electro-acoustic) 효과
  4. 선형 광학(linear optic) 효과
(정답률: 57%)
  • KDP 결정은 전기광학(Electro-optic) 효과를 이용하여 빛의 복사조도(세기)를 변조할 수 있습니다. 이는 외부 전기장이 결정 내부의 굴절률을 변화시키기 때문입니다. 따라서 외부 전기장의 크기에 따라 빛의 복사조도를 조절할 수 있습니다.
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78. 단색광의 두 파를 중첩하여 간섭무늬를 얻으려 할 때 두 파의 복사조도 I1과 I2의 비가 얼마일 때 간섭무늬의 선명도(visibility)가 가장 높은가?

  1. 50:50
  2. 40:60
  3. 20:80
  4. 4:96
(정답률: 73%)
  • 간섭무늬의 선명도는 (I1-I2)/(I1+I2)로 나타낼 수 있다. 이때 분자가 최대가 되려면 I1-I2가 최대가 되어야 한다. 따라서 I1과 I2가 같을 때(50:50) 간섭무늬의 선명도가 가장 높아진다. 다른 보기들은 I1과 I2의 비가 차이가 크기 때문에 간섭무늬의 선명도가 낮아진다.
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79. 평면 거울과 평면 부분 반사경으로 구성된 레이저 공진기의 길이가 1cm일 때, 이 공진기에서 발진된 레이저의 종모드 주파수로 맞는 것은? (단, 공진기 내부는 진공이다.)

  1. 10GHz
  2. 15GHz
  3. 20GHz
  4. 25GHz
(정답률: 67%)
  • 레이저 공진기의 길이가 L일 때, 종모드 주파수는 다음과 같이 계산된다.

    f = c/2L

    여기서 c는 진공에서의 빛의 속도이다. 따라서, 이 문제에서는 L = 1cm = 0.01m 이므로,

    f = c/2L = 3x10^8/(2x0.01) = 15x10^9 = 15GHz

    따라서, 정답은 "15GHz"이다.
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80. 다음 중 복굴절이 일어나는 이유로 가장 적절한 것은?

  1. 결정의 굴절률이 빛의 편광 방향에 따라 다르기 때문
  2. 결정의 한방향이 snell의 굴절 법칙에 어긋나기 때문
  3. 결정에 의하여 빛이 편광 방향이 회전하기 때문
  4. 결정의 굴절률이 빛의 파장에 따라 변하기 때문
(정답률: 알수없음)
  • 복굴절이 일어나는 이유는 "결정의 굴절률이 빛의 편광 방향에 따라 다르기 때문"입니다. 이는 결정 내부의 분자 구조가 일정하지 않아서 발생하는 현상으로, 빛이 결정 내부를 통과할 때 다양한 굴절률을 가진 경로를 따라 굴절하게 됩니다. 이러한 굴절은 빛의 파장에 따라 다르지 않고, 결정의 특성에 따라 달라집니다.
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