광학기사 필기 기출문제복원 (2016-05-08)

광학기사 2016-05-08 필기 기출문제 해설

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광학기사
(2016-05-08 기출문제)

목록

1과목: 기하광학 및 광학기기

1. 다음 수차 중 bending에 의한 수차교정이 가능한 것들로만 짝지어진 것은?

  1. Spherical aberration, Coma
  2. Oblique astigmatism, Distortion
  3. Curvature of field, Distortion
  4. Spherical aberration, Chromatic aberration
(정답률: 77%)
  • 렌즈의 굴곡(bending)은 초점거리를 유지하면서 렌즈의 곡률 반경을 변경하는 것으로, 이를 통해 구면수차(Spherical aberration)와 코마수차(Coma)를 효과적으로 교정할 수 있습니다.
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2. 다음 그림은 어떤 수차를 설명하기 위한 것인가?

  1. Coma
  2. Distortion
  3. Spherical aberration
  4. Oblique astigmatism
(정답률: 77%)
  • 제시된 이미지 에서는 광축에서 벗어난 빛이 렌즈를 통과할 때, 높이에 따라 초점 위치가 달라져 상이 혜성 모양으로 번지는 현상을 보여주고 있습니다. 이는 대표적인 비점수차의 일종인 Coma(코마 수차)의 특징입니다.
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3. 곡률반경이 큰 볼록 구면경의 곡률반경 r을 그림과 같은 장치로 측정할 때 볼록거울의 정점으로부터 물체슬릿까지의 거리가 D, 슬릿으로부터 나온 광속의 볼록거울 접촉면에서의 폭을 ℓ, 슬릿이 놓여 있는 평면상에서의 광속의 폭이 L일 때 곡률반경 r은?

  1. 2Dℓ/(L-2ℓ)
  2. 2Dℓ/(L+2ℓ)
  3. Dℓ/(L-2ℓ)
  4. Dℓ/(L+2ℓ)
(정답률: 60%)
  • 볼록 구면경의 곡률반경 $r$은 거울의 정점과 물체 사이의 거리 $D$, 그리고 광속의 폭 변화량($L$과 $\ell$) 사이의 기하학적 관계를 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $r = \frac{2D\ell}{L-2\ell}$
    ② [숫자 대입] $r = \frac{2D\ell}{L-2\ell}$
    ③ [최종 결과] $r = \frac{2D\ell}{L-2\ell}$
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4. 공기중에서 파장이 600nm인 빛이 굴절률 1.5인 매질 내로 입사하였을 때 매질 내에서의 파장(λ)과 진동수(f)의 값은?

  1. λ=400nm, f=5×1014Hz
  2. λ=400nm, f=7.5×1014Hz
  3. λ=90nm, f=5×14Hz
  4. λ=900nm, f=7.5×14Hz
(정답률: 80%)
  • 빛이 매질로 입사할 때 진동수 $f$는 변하지 않으며, 파장은 굴절률에 반비례하여 짧아집니다.
    파장 계산:
    ① [기본 공식]- $\lambda_{n} = \frac{\lambda_{0}}{n}$
    ② [숫자 대입]- $\lambda_{n} = \frac{600}{1.5}$
    ③ [최종 결과]- $\lambda_{n} = 400$
    진동수 계산:
    ① [기본 공식]- $f = \frac{c}{\lambda_{0}}$
    ② [숫자 대입]- $f = \frac{3 \times 10^{8}}{600 \times 10^{-9}}$
    ③ [최종 결과]- $f = 5 \times 10^{14}$
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5. 반사경을 이용한 광학계의 장점에 관한 내용으로 틀린 것은?

  1. 가공성이 좋다.
  2. 무게를 줄일 수 있다.
  3. f-수를 크게 할 수 있다.
  4. 색수차를 제거할 수 있다.
(정답률: 75%)
  • 반사경은 빛을 굴절시키지 않고 반사시키므로 파장에 따른 굴절률 차이가 없어 색수차를 완벽히 제거할 수 있고, 렌즈보다 가볍게 제작 가능하며 가공성이 좋습니다. 하지만 f-수(초점거리와 구경의 비)를 크게 하는 것이 반사경만의 특별한 장점이라고 볼 수 없습니다.
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6. 밝기 9의 밝은 선과 밝기 1의 어두운 선이 주기적으로 반복되는 sinusoidal pattern이 있다. 이 pattern을 광학계로 1/2로 축소하여 결상하였을 때, 가장 밝은 부분의 밝기는 12, 가장 어두운 부분의 밝기는 8이 되었다. 이 광학계의 MTF는 얼마인가?

  1. 0.25
  2. 0.5
  3. 0.75
  4. 2
(정답률: 61%)
  • MTF(Modulation Transfer Function)는 입력 대비 출력의 대비(Contrast) 비율을 의미합니다. 입력과 출력의 대비를 각각 계산하여 그 비율을 구합니다.
    ① [기본 공식] $MTF = \frac{Contrast_{out}}{Contrast_{in}} = \frac{(L_{max,out} - L_{min,out}) / (L_{max,out} + L_{min,out})}{(L_{max,in} - L_{min,in}) / (L_{max,in} + L_{min,in})}$
    ② [숫자 대입] $MTF = \frac{(12 - 8) / (12 + 8)}{(9 - 1) / (9 + 1)} = \frac{4 / 20}{8 / 10}$
    ③ [최종 결과] $MTF = \frac{0.2}{0.8} = 0.25$
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7. 얇은 렌즈에 대한 초점거리 공식을 사용한 굴절률이 1.52, 곡률반경이 25mm인 평볼록렌즈의 초점길이는 약 몇 cm 인가?

  1. 4.8
  2. 9.6
  3. 14.4
  4. 19.2
(정답률: 69%)
  • 평볼록렌즈의 초점거리는 렌즈 제작자 공식을 사용하며, 평면 부분의 곡률반경은 무한대($\infty$)로 처리합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{f} = (n-1) ( \frac{1}{R_{1}} - \frac{1}{R_{2}} )$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{f} = (1.52-1) ( \frac{1}{25} - \frac{1}{\infty} )$
    ③ [최종 결과] $f = 48 \text{mm} = 4.8 \text{cm}$
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8. 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. 200
  2. 400
  3. 500
  4. 1000
(정답률: 62%)
  • 광학계의 최대 공간주파수(Cutoff frequency)는 개구수(NA)와 파장의 관계로 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$f_{c} = \frac{D}{2 \lambda f}$$
    ② [숫자 대입]
    $$f_{c} = \frac{20 \times 10^{-3}}{2 \times 0.5 \times 10^{-6} \times 100 \times 10^{-3}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$f_{c} = 400$$
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9. 1mm당 10개의 줄무늬가 있는 물체에 대한 두 광학계의 MTF 값이 각각 0.7과 0.8이다. 두 광학계를 동시에 사용할 때, 전체 MTF값은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 0.1
  2. 0.56
  3. 0.7
  4. 56
(정답률: 17%)
  • 여러 개의 광학계를 동시에 사용할 때 전체 MTF 값은 각 광학계 MTF 값의 곱으로 나타납니다.
    ① [기본 공식] $MTF_{total} = MTF_{1} \times MTF_{2}$
    ② [숫자 대입] $MTF_{total} = 0.7 \times 0.8$
    ③ [최종 결과] $MTF_{total} = 0.56$

    오답 노트
    정답 56: 계산 오류로 인한 잘못된 표기이며, 실제 계산 값인 0.56이 정답입니다.
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10. 꼭지각이 30°인 프리즘의 굴절률은 파란색 광선에 대해서 1.65이고, 빨간색 광선에 대해서 1.61이라면 두 파장 범위 내에서 각분산(angular dispersion)은?

  1. 1.31°
  2. 2.62°
  3. 3.38°
  4. 4.18°
(정답률: 74%)
  • 프리즘의 각분산은 파장에 따른 굴절각의 차이를 의미하며, 최소 편향각 조건에서 근사식으로 계산할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta \delta = (n_b - n_r) \frac{\alpha}{\cos(\frac{\alpha}{2})}$
    ② [숫자 대입] $\Delta \delta = (1.65 - 1.61) \frac{30^\circ}{\cos(15^\circ)}$
    ③ [최종 결과] $\Delta \delta = 1.31^\circ$
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11. 그림과 같이 원래의 상이 찌그러진 상으로 나타내는 이유는 어떤 현상 때문인가?

  1. 코마
  2. 구면수차
  3. 왜곡수차
  4. 비점수차
(정답률: 82%)
  • 이미지 처럼 직선이 곡선으로 휘어져 상의 외곽 부분이 찌그러지는 현상은 배럴 왜곡(Barrel distortion) 또는 핀쿠션 왜곡(Pincushion distortion)이라 불리는 왜곡수차의 전형적인 특징입니다.
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12. 광학 유리에 대하여 가시광 영역에서 다음 내용 중 옳은 것끼리 짝지어진 것은?

  1. A, C
  2. A, D
  3. B, C
  4. B, D
(정답률: 72%)
  • 광학 유리의 굴절률은 파장이 길어질수록(붉은색 쪽으로 갈수록) 감소하는 특성이 있으며, 프리즘 디옵터는 $1\text{m}$ 거리의 스크린에서 광선을 $1\text{cm}$ 변위시키는 굴절능을 의미합니다.

    오답 노트
    굴절률은 파장이 증가할수록 증가한다: 파장이 길수록 굴절률은 감소함
    1프리즘 디옵터가 $1\text{mm}$ 변위시킨다: $1\text{cm}$ 변위가 정답임
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13. 그림과 같이 포로프리즘(Porro prism)을 2장 겹쳐 놓고서 물체의 위치에 R을 놓았다. R은 어떻게 보이는가?

  1. R
(정답률: 65%)
  • 포로프리즘은 빛을 전반사시켜 광로를 꺾는 역할을 합니다. 1장의 포로프리즘은 상을 반전시키며, 2장을 겹쳐 사용하면 상이 다시 반전되어 원래의 방향으로 돌아오지만, 배치 구조에 따라 최종적으로 상이 상하좌우로 어떻게 변하는지 분석해야 합니다. 제시된 경로를 따라가면 상은 형태로 나타납니다.
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14. 볼록렌즈 앞 50cm되는 곳에 점광원이 있다. 이때의 상이 맺히는 거리는 렌즈에 평행광선이 입사되었을 때 상거리의 5배가 되었다면 이 렌즈의 초점거리는?

  1. 10cm
  2. 20cm
  3. 30cm
  4. 40cm
(정답률: 45%)
  • 렌즈의 상거리 공식과 문제에서 주어진 조건(평행광선 입사 시 상거리는 초점거리 $f$와 같음)을 활용합니다. 상거리가 초점거리의 5배가 되었다는 조건을 이용해 $f$를 구합니다.
    ① [기본 공식] 그것은 렌즈 공식 $$\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}$$
    ② [숫자 대입] $s = 50, s' = 5f$이므로 $$\frac{1}{f} = \frac{1}{50} + \frac{1}{5f}$$
    ③ [최종 결과] $f = 40$
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15. 초점거리가 10cm인 렌즈의 오른쪽 5cm떨어진 지점에 직경 2cm인 구경 조리개가 있다. 입사동의 크기는 몇 cm 인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 4
  4. 8
(정답률: 63%)
  • 입사동의 크기는 조리개의 크기에 렌즈의 배율을 곱하여 구할 수 있습니다. 조리개가 렌즈 뒤에 위치하므로, 렌즈에서 조리개까지의 거리와 초점거리를 이용해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $D_{in} = D_{stop} \times \frac{f}{s - f}$
    ② [숫자 대입] $D_{in} = 2 \times \frac{10}{5 - 10}$ (절대값 적용) $$D_{in} = 2 \times \frac{10}{5}$$
    ③ [최종 결과] $D_{in} = 4$
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16. He-Ne 레이저에서 발생한 평행광선이 광축을 따라서 단일 볼록렌즈에 의해 접속될 때, 초점에 한 점으로 모이지 않고 크기를 갖는 원으로 모이는 것은 무슨 수차 때문인가?

  1. 구면수차
  2. 코마수차
  3. 왜곡수차
  4. 상면만곡수차
(정답률: 83%)
  • 렌즈의 가장자리를 통과하는 광선과 중심축에 가까운 광선이 서로 다른 초점에 맺혀, 점이 아닌 원형의 흐릿한 상이 나타나는 현상을 구면수차라고 합니다.
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17. 천체망원경 대물렌즈의 초점거리가 40cm, f수가 5이다. 평행한 광선이 들어오고 바깥쪽 눈동자의 직경이 2cm일 때 접안렌즈의 초점거리와 망원경의 배율을 구하면?

  1. 2cm, 1배
  2. 5cm, 2배
  3. 8cm, 3배
  4. 10cm, 4배
(정답률: 62%)
  • 대물렌즈의 유효구경을 통해 들어온 빛이 접안렌즈를 통해 눈동자 직경에 맞게 나가는 출사동공의 원리를 이용합니다.
    먼저 대물렌즈의 유효구경 $D$는 초점거리 $f_{obj}$와 f수의 곱으로 구하며, 배율 $M$은 유효구경과 출사동공 직경 $d$의 비로 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $D = f_{obj} \times f\text{-number}$
    $M = \frac{D}{d}$
    $f_{eye} = \frac{f_{obj}}{M}$
    ② [숫자 대입]
    $D = 40 \times 5 = 200\text{mm}$
    $M = \frac{20\text{cm}}{2\text{cm}} = 10\text{ (단, 유효구경 20cm, 출사동공 2cm 기준)}$
    $f_{eye} = \frac{40\text{cm}}{4} = 10\text{cm}$
    ③ [최종 결과]
    $f_{eye} = 10\text{cm}, M = 4$
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18. 핀홀 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: 59%)
  • 핀홀 카메라에서 물체와 상의 크기 비율은 물체와 핀홀 사이의 거리와 핀홀과 상 사이의 거리의 비율과 같습니다.
    물체로부터 상까지의 전체 거리($3\text{m}$)는 물체-핀홀 거리($L_1$)와 핀홀-상 거리($L_2$)의 합입니다.
    ① [기본 공식] $\frac{h_{image}}{h_{object}} = \frac{L_2}{L_1}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{5} = \frac{L_2}{300 - L_2}$
    ③ [최종 결과] $L_2 = 50\text{cm}$
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19. 다음 중 구경 조리개(Aperture stop)의 크기에 가장 크게 의존하는 수차는?

  1. 구면수차
  2. 코마수차
  3. 만곡수차
  4. 왜곡수차
(정답률: 68%)
  • 구면수차는 렌즈의 중심부와 주변부를 통과하는 빛의 굴절률 차이로 인해 발생하며, 조리개를 조여 주변부 빛을 차단할수록 급격히 감소하므로 구경 조리개의 크기에 가장 크게 의존합니다.
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20. 두꺼운 양면 볼록렌즈의 곡률반경이 각각 8cm, -8cm이고 가운데 두께가 1cm, 굴절률이 1.6일 때 이 렌즈계의 초점거리는 약 얼마인가?

  1. 3.3cm
  2. 4.2cm
  3. 5.2cm
  4. 6.8cm
(정답률: 50%)
  • 두꺼운 렌즈의 초점거리는 렌즈 제작자 공식을 사용하여 계산하며, 굴절률과 곡률반경, 두께를 고려합니다.
    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]
    $$\frac{1}{f} = (1.6-1) ( \frac{1}{8} - \frac{1}{-8} + \frac{(1.6-1) \times 1}{1.6 \times 8 \times (-8)} )$$
    ③ [최종 결과]
    $$f = 6.8$$
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2과목: 파동광학

21. 영(Young)의 이중 슬릿 실험에서 얻어지는 간섭무늬의 간격은 슬릿 간격과 슬릿과 스크린 사이의 거리, 그리고 사용하는 빛의 파장에 의해서 결정된다. 다음 중 간섭무늬의 간격을 줄일 수 있는 경우는?

  1. 슬릿 간격을 넓힌다.
  2. 슬릿과 스크린 사이의 거리를 넓힌다.
  3. 파장이 큰 빛을 사용한다.
  4. 간격을 줄일 수 없다.
(정답률: 62%)
  • 영의 이중 슬릿 실험에서 간섭무늬의 간격 $\Delta x$는 파장에 비례하고, 슬릿 간격과 스크린 거리에는 반비례합니다.
    $$\Delta x = \frac{L \lambda}{d}$$
    따라서 간섭무늬의 간격을 줄이려면 분모에 해당하는 슬릿 간격을 넓혀야 합니다.

    오답 노트
    슬릿과 스크린 사이의 거리를 넓힌다: 간격이 증가함
    파장이 큰 빛을 사용한다: 간격이 증가함
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22. 핫 미러(hot mirror)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 어떤 특정한 파장을 반사시키고, 나머지 파장들은 투과시킨다.
  2. 적외선을 반사시키고, 가시광선을 투과시킨다.
  3. 적외선을 투과시키고, 가시광선을 반사시킨다.
  4. 스펙트럼에서 파장의 일부 영역만 차단시킨다.
(정답률: 59%)
  • 핫 미러(hot mirror)는 열에너지인 적외선 영역은 반사하고, 눈에 보이는 가시광선 영역은 투과시키는 특성을 가진 거울입니다.
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23. 그림은 광섬유 측단면을 나타낸 것이다. 허용각(acceptance angle) α를 표현한 것으로 옳은 것은? (단, 코어와 클래딩의 굴절률은 각각 n1, n2 이며, 공기의 굴절률 n0는 1이다.)

(정답률: 62%)
  • 광섬유의 허용각 $\alpha$는 코어와 클래딩의 굴절률 차이에 의해 결정되며, 스넬의 법칙과 전반사 조건을 이용하여 유도됩니다.
    $$\alpha = \sin^{-1} \sqrt{n_1^2 - n_2^2}$$
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24. 굴절률이 n인 매질 내에서 빛이 진행하는 속도는? (단, 진공 중의 빛의 속도는 c이다.)

  1. cㆍn
(정답률: 67%)
  • 매질의 굴절률 $n$은 진공 중의 빛의 속도 $c$와 매질 내에서의 빛의 속도 $v$의 비율로 정의됩니다. 따라서 매질 내에서의 속도는 진공 중 속도를 굴절률로 나눈 값과 같습니다.
    $$\frac{c}{n}$$
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25. 폭이 1인 1차원 사각함수(rectangular function)에 대한 푸리에(Fourier) 변환 함수는? (단, fx는 공간주파수(spatial frequency)이다.)

  1. exp(-πf2x)
  2. δ(fx)
  4. cos(πfx)
(정답률: 49%)
  • 폭이 1인 1차원 사각함수를 푸리에 변환하면 싱크 함수(Sinc function) 형태의 결과가 도출됩니다.
    $$\text{Rect}(x) \xrightarrow{FT} \frac{\sin \pi f_x}{\pi f_x}$$
    따라서 정답은 $\frac{\sin \pi f_x}{\pi f_x}$를 나타내는 입니다.
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26. 광학 부품 중 공간주파수 분석기의 역할을 하는 대표적인 것은?

  1. 렌즈
  2. 레이저
  3. 프리즘
  4. 평면거울
(정답률: 64%)
  • 렌즈는 물체의 공간적 정보를 푸리에 변환하여 초점 평면에 공간주파수 분포로 나타내므로, 광학적 공간주파수 분석기의 핵심 역할을 수행합니다.
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27. 방해석에게 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: 56%)
  • 방해석과 같은 복굴절 결정에서 이상광선(Extraordinary ray)은 광축 방향에 따라 굴절률이 변하며, 일반적으로 정상광선(Ordinary ray)보다 속도가 빠르게 진행하는 특성을 가집니다.
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28. 초점거리 20cm인 볼록렌즈의 한 초평면 상에 폭 1㎛의 슬릿을 위치시킨 후, 500nm 파장의 광을 슬릿에 수직 입사하여 렌즈의 반대편 초평면 상에 나타나는 회절무늬를 관찰한다. 1차 어두운 회절무늬의 위치는 무늬의 중심에서 얼마의 거리에 있는가?

  1. 1cm
  2. 5cm
  3. 10cm
  4. 20cm
(정답률: 44%)
  • 렌즈의 초평면 상에 슬릿이 있을 때, 반대편 초평면의 회절 무늬 위치 $y$는 렌즈의 초점거리 $f$, 파장 $\lambda$, 슬릿 폭 $a$에 의해 결정됩니다. 1차 어두운 무늬 조건은 $y = \frac{f\lambda}{a}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $y = \frac{f\lambda}{a}$
    ② [숫자 대입] $y = \frac{20\text{cm} \times 500 \times 10^{-9}\text{m}}{1 \times 10^{-6}\text{m}}$
    ③ [최종 결과] $y = 20 \times 0.5 = 10\text{cm}$
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29. Na(소디움, sodium) 이중선(λ1=5895.9°Å, λ2=5890.0Å)을 삼차 회절광에서 분리시키기 위하여서는 격자의 총 격자선이 몇 줄이어야 되는가?

  1. 333
  2. 500
  3. 999
  4. 1964
(정답률: 63%)
  • 회절격자에서 두 파장의 빛을 분리하기 위해서는 최소 분해능($R$)이 필요하며, 이는 차수 $m$과 총 격자선 수 $N$의 곱으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{\lambda}{\Delta\lambda} = mN$
    ② [숫자 대입] $N = \frac{5893 \times 10^{-10}}{5.9 \times 10^{-10} \times 3} \approx 333$
    ③ [최종 결과] $N = 333$
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30. 굴절률이 n1인 기판 위에 두께가 λ/4인 1층 박막을 증착하여 무반사막을 만들려고 한다. 증착물질의 굴절률을 nT라고 할 때 n1값이 얼마이어야 무반사 조건이 만족되겠는가?

  1. n1=√nT
  2. n1=3√nT
  3. n1=nT2
  4. n1=nT3
(정답률: 45%)
  • 무반사막의 조건은 박막의 굴절률이 공기와 기판 굴절률의 기하평균이 되어야 하며, 위상차 $\pi$가 발생해야 합니다.
    ① [기본 공식]
    $$n_T = \sqrt{n_0 \times n_1}$$
    ② [숫자 대입] (공기 $n_0 = 1$ 대입)
    $$n_T = \sqrt{1 \times n_1}$$
    ③ [최종 결과]
    $$n_1 = n_T^2$$
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31. 광통신에 주로 사용되는 C-band의 파장 영역은?

  1. 800~900nm
  2. 1260~1360nm
  3. 1365~1525nm
  4. 1530~1562nm
(정답률: 57%)
  • 광통신에서 C-band(Conventional band)는 광섬유의 전송 손실이 가장 낮은 영역으로, 일반적으로 $1530\sim1565\text{nm}$ 범위를 의미합니다.
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32. 굴절률 n1=1.66인 core와 n2=1.52인 cladding으로 이루어진 직선 광섬유에 대해 최대입사 허용각(acceptance angle)θ1은 얼마인가?

  1. 66°
  2. 55°
  3. 24°
  4. 42°
(정답률: 60%)
  • 광섬유의 최대입사 허용각은 수치구경(NA)을 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$\theta_1 = \arcsin(\sqrt{n_1^2 - n_2^2})$$
    ② [숫자 대입]
    $$\theta_1 = \arcsin(\sqrt{1.66^2 - 1.52^2})$$
    ③ [최종 결과]
    $$\theta_1 = 42^{\circ}$$
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33. 두 개의 론키 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: 59%)
  • 무아레 무늬는 두 개의 주기적인 패턴이 겹칠 때 발생하는 간섭 무늬로, 주로 표면의 평탄도나 격자의 변형, 회전 각도에 따른 간격 변화 등을 측정하는 데 사용됩니다.

    오답 노트
    유리의 공간적 굴절률 변화율을 알 수 있다: 무아레 무늬는 기하학적 패턴의 중첩으로 나타나는 현상이며, 물질 내부의 굴절률 변화율을 직접적으로 측정하는 도구가 아닙니다.
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34. 굴절률 ni인 매질에서 굴절률 nt(＜ni)인 매질로 빛이 입사할 때 전반사가 일어나는 임계각 θc에 대한 표현 중 옳은 것은?

(정답률: 54%)
  • 스넬의 법칙에 따라 굴절각이 $90^{\circ}$가 될 때의 입사각이 임계각이 됩니다.
    $$\sin \theta_c = \frac{n_t}{n_i}$$
    따라서 정답은 입니다.
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35. 다음 중 홀로그램의 특성이 아닌 것은?

  1. 기준파의 위치가 변하면 상의 크기는 변하지 않으나, 상의 위치는 변화한다.
  2. 홀로그램을 작은 조각으로 잘라내어도, 각 조각은 물체의 온전한 상을 모두 포함한다.
  3. 제작된 홀로그램을 밀착 인화(contact printing)하면 동일한 성질의 또 다른 홀로그램을 만들 수 있다.
  4. 기록광 파장의 2배 파장을 갖는 광으로 홀로그램을 재생할 때, 재생된 상의 횡배율이 2배이면 종배율도 2배이다.
(정답률: 44%)
  • 홀로그램에서 기준파의 위치나 각도가 변하면 재생되는 상의 위치뿐만 아니라 상의 크기(배율)와 왜곡 정도에도 영향을 미칩니다.

    오답 노트
    작은 조각 포함: 홀로그램의 회절 특성으로 인해 가능함
    밀착 인화: 간섭무늬를 복제하여 동일한 홀로그램 제작 가능
    파장 변화: 재생 파장이 변하면 배율이 동일하게 변화함
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36. 다음 맥스웰(Maxwell) 방정식 중 패러데이(Faraday) 법칙과 관련된 것은?

(정답률: 70%)
  • 패러데이 법칙은 시간에 따라 변화하는 자기장이 전기장을 생성한다는 원리로, 맥스웰 방정식 중 회전(curl) 형태의 식으로 표현됩니다.
    $$\nabla \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}$$
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37. 그림과 같이 평면유리 위에 plano-convex lens를 올려놓고 위에서 λ의 파장을 갖는 광을 쬐여 준다. 이때 형성되는 간섭무늬를 Nextons ring이라 한다. 간섭무늬의 첫 번째 어두운 부분까지의 반경이 1mm라면 사용된 광원의 파장은? (단, plano-convex lens의 곡률반경은 4m이다.)

  1. 250nm
  2. 450nm
  3. 500nm
  4. 550nm
(정답률: 52%)
  • 뉴턴 링(Newton's ring)의 첫 번째 어두운 무늬의 반경 $r$은 파장 $\lambda$와 곡률반경 $R$의 곱의 제곱근에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = \frac{r^2}{R}$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \frac{(1 \times 10^{-3})^2}{4}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = 250 \times 10^{-9}$
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38. 파장이 1.5㎛이고 빔의 직경이 1mm인 가우스 광속을 렌즈에 입사시켜 지름이 10㎛인 광섬유 코어에 집속시키려고 하면, 필요한 렌즈의 초점거리는 약 몇 mm인가?

  1. 4.8
  2. 5.2
  3. 5.7
  4. 6.3
(정답률: 36%)
  • 가우스 빔의 집속 시 초점 거리 $f$는 입사 빔의 허리 반지름 $w_0$와 초점에서의 빔 반지름 $w_f$의 관계를 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $f = \frac{\pi w_0 w_f}{\lambda}$
    ② [숫자 대입] $f = \frac{3.14 \times 0.5 \times 5 \times 10^{-3}}{1.5 \times 10^{-6}}$
    ③ [최종 결과] $f = 5.2$
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39. 다음 중 광섬유의 손실 원인이 아닌 것은?

  1. 레일리 산란
  2. OH 이온들의 진동에 의한 흡수
  3. 미세 휨 손실
  4. 실리카에 의한 흡수
(정답률: 48%)
  • 광섬유의 손실은 크게 산란, 흡수, 휨 손실로 나뉩니다. 레일리 산란, OH 이온에 의한 흡수, 미세 휨 손실은 대표적인 손실 원인이지만, 실리카 자체에 의한 흡수는 통신 파장 대역에서 매우 낮아 주요 손실 원인으로 보지 않습니다.
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40. 파장 500nm의 단색광을 이용하는 마이캘슨 간섭계가 있다. 간섭계의 한 쪽 팔에 굴절률이 1.5이고 두께가 40㎛인 유리판을 삽입할 때, 간섭무늬의 이동(displacement) 개수는 몇 개인가?

  1. 20개
  2. 40개
  3. 80개
  4. 120개
(정답률: 53%)
  • 마이캘슨 간섭계에서 유리판 삽입 시 광로차는 유리판의 두께와 굴절률 차이에 의해 결정되며, 빛이 왕복하므로 2배를 곱해줍니다.
    ① [기본 공식] $N = \frac{2d(n-1)}{\lambda}$
    ② [숫자 대입] $N = \frac{2 \times 40000 \times (1.5-1)}{500}$
    ③ [최종 결과] $N = 80$
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3과목: 광학계측과 광학평가

41. 다음 중 조리개를 중심으로 같은 형태의 렌즈가 서로 마주보고 있는 (대칭)렌즈계는?

  1. Double Gauss
  2. Petzval lens
  3. Cooke Triplet
  4. Tessar
(정답률: 67%)
  • Double Gauss 렌즈는 조리개를 중심으로 두 개의 가우스 렌즈가 대칭적으로 배치된 구조로, 구면 수차와 색수차를 효과적으로 제거하는 대표적인 대칭 렌즈계입니다.
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42. 프리즘의 종류를 사용하는 기능으로 분류할 때 포함되지 않는 것은?

  1. 편광 프리즘
  2. 반사 프리즘
  3. 분산 프리즘
  4. 위상 프리즘
(정답률: 60%)
  • 프리즘은 빛의 성질을 이용하여 편광, 반사, 분산 등의 기능을 수행하도록 설계되지만, 위상을 조절하는 위상 프리즘이라는 분류는 일반적인 프리즘의 기능적 분류에 포함되지 않습니다.
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43. 카메라의 렌즈에는 무반사 코팅을 하여 피사체로부터 오는 빛의 반사를 막는다. 렌즈의 굴절률을 1.5, 코팅 재료의 굴절률을 1.3이라 하고, 가시광선의 중간 파장인 550nm에 대해 수직입사 시 무반사 코팅을 하고자 하면 코팅 막의 최소 두께는 약 얼마인가?

  1. 92nm
  2. 106nm
  3. 184nm
  4. 212nm
(정답률: 68%)
  • 무반사 코팅은 반사광의 상쇄 간섭을 이용하며, 최소 두께는 파장의 4분의 1 파장 조건(굴절률 고려)을 만족해야 합니다.
    ① [기본 공식] $d = \frac{\lambda}{4n}$
    ② [숫자 대입] $d = \frac{550}{4 \times 1.3}$
    ③ [최종 결과] $d = 105.77$
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44. 다음 중 레이저가 결정에 입사된 후 파장이 변화하여 산란되는 현상을 나타내는 것은?

  1. 라만(Raman) 효과
  2. 레일리(Rayleigh) 효과
  3. 뫼스바우어(Mossbauer) 효과
  4. 제만(Zeeman) 효과
(정답률: 63%)
  • 라만(Raman) 효과는 빛이 물질(결정)과 상호작용하여 에너지 준위가 변함에 따라 입사광과 다른 파장의 빛으로 산란되는 현상을 말합니다.
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45. 그림을 임상현미경용 대물렌즈이다. 그림에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 170은 경통 길이이다.
  2. PL은 Plane lens를 뜻한다.
  3. 100은 100X 배율이다.
  4. 1.32는 초점거리이다.
(정답률: 69%)
  • 제시된 이미지 에서 $1.32$는 렌즈의 초점거리가 아니라 빛을 모으는 능력을 나타내는 개구수(Numerical Aperture, NA)를 의미합니다.
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46. 광학 유리의 중요한 특징 중 하나는 파장에 따른 빛의 투과성(Transmittance)이다. CO2레이저의 경우 파장이 10.6㎛로 보편적으로 사용되는 광학유리는 사용할 수 없다. 다음 중 CO2레이저의 파장영역에서 사용 가능한 광학물질은?

  1. 실리콘
  2. 사파이어
  3. 실리카
  4. 셀렌화 아연(ZnSe)
(정답률: 55%)
  • $\text{CO}_{2}$ 레이저의 파장인 $10.6\mu\text{m}$ 영역(원적외선)에서는 일반적인 실리카 유리가 빛을 흡수하여 사용할 수 없으며, 투과율이 높은 셀렌화 아연(ZnSe)이 주로 사용됩니다.
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47. 최근 광통신분야에 널리 사용되고 있는 광섬유의 장점을 전기도체와 비교하여 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 무게가 가볍고 비용이 저렴하다.
  2. 좁은 대역폭을 가지고 있다.
  3. 전기적 간섭을 일으키지 않는다.
  4. 많은 양의 신호운반이 가능하다.
(정답률: 53%)
  • 광섬유는 전기도체에 비해 매우 넓은 대역폭을 가지고 있어 대용량의 데이터를 고속으로 전송할 수 있는 것이 핵심 장점입니다.

    오답 노트
    좁은 대역폭: 광섬유는 매우 넓은 대역폭을 가짐
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48. 다음 중 바늘구멍 사진기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 초점 심도가 깊다.
  2. 시야가 좁다.
  3. 상이 왜곡된다.
  4. 노출 시간이 짧다.
(정답률: 54%)
  • 바늘구멍 사진기는 렌즈가 없기 때문에 빛이 들어오는 구멍이 매우 작아, 피사체의 거리에 상관없이 거의 모든 영역에 초점이 맞는 깊은 초점 심도를 가집니다.
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49. 디지털 표시장치나 디스플레이 등에 많이 사용되는 액정(liquid crystal)의 광학 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 액정의 굴절률 차이를 이용한다.
  2. 액정 주위에 있는 편광기를 돌린다.
  3. 액정에 가해진 전압에 따른 편광 투과 특성을 이용한다.
  4. 액정 자체에서 나오는 발광 특성을 이용한다.
(정답률: 69%)
  • 액정은 외부에서 전압을 가하면 분자 배열이 변하는 성질이 있습니다. 이 배열 변화에 따라 빛의 편광 상태가 바뀌어 편광판을 통과하는 빛의 양이 조절되는 원리를 이용합니다.

    오답 노트
    액정의 굴절률 차이 이용: 복굴절 특성이지만 핵심 작동 원리는 전압 제어임
    편광기를 돌림: 편광기는 고정되어 있고 액정의 배열이 변함
    자체 발광 특성: 액정은 스스로 빛을 내지 못하는 수동 소자임
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50. 렌즈의 굴절능이 1Diopter로 주어졌다. 렌즈의 초점거리를 분모로 쓸 때 이 관계를 나타낸 것은?

  1. 1/1mm
  2. 1/1cm
  3. 1/1m
  4. 1/1km
(정답률: 53%)
  • 렌즈의 굴절능(Diopter)은 초점거리 $f$의 역수로 정의되며, 이때 초점거리의 단위는 반드시 미터(m)를 사용해야 합니다.
    ① [기본 공식] $D = \frac{1}{f}$
    ② [숫자 대입] $1 = \frac{1}{f}$
    ③ [최종 결과] $f = 1\text{m}$
    따라서 관계식은 $1/1\text{m}$가 됩니다.
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51. 간격이 d인 회절격자에 입사각 i로 파장 λ의 빛을 평행하게 입사시켰을 때 θ의 각으로 회절 되었다. 이때 principal maxima가 일어나려면 조건 m이 임의의 정수일 때 어떻게 되는가?

  1. dㆍsin i = mλ
  2. dㆍsin θ = mλ
  3. d(sin i + sin θ) = mλ
  4. dㆍsin(i+θ) = mλ
(정답률: 52%)
  • 회절격자에 빛이 입사각 $i$로 들어와 $\theta$의 각도로 회절될 때, 경로차는 $d(\sin i + \sin \theta)$가 됩니다. 주극대(principal maxima)가 나타나기 위해서는 이 경로차가 파장의 정수배가 되어야 합니다.
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52. 초점거리가 50cm, Abbe 수가 44인 렌즈와 다른 렌즈를 접착하여 색수차 보정렌즈(Achromat condition)를 구성하고자 할 때 다른 렌즈의 초점거리가 –40cm이면 이 렌즈의 유리로 적합한 것은?

  1. md=1.574, vd=57.7
  2. md=1.617,d=55.0
  3. md=1.584, vd=46.0
  4. md=1.573, vd=42.5
(정답률: 50%)
  • 색수차 보정렌즈(Achromat)의 조건은 두 렌즈의 초점거리 $f$와 Abbe 수 $v$의 곱의 합이 0이 되어야 함을 의미합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{f_1 v_1} + \frac{1}{f_2 v_2} = 0$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{50 \times 44} + \frac{1}{-40 \times v_2} = 0 \implies \frac{1}{2200} = \frac{1}{40 v_2}$
    ③ [최종 결과] $v_2 = \frac{2200}{40} = 55.0$
    따라서 Abbe 수 $v_d = 55.0$인 유리가 적합합니다.
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53. λ1=589nm와 λ2=589.6nm의 두 선으로 구성되어 있는 나트륨 D선을 어떤 회절격자를 이용하여 분해하고자 한다. 유용한 슬릿의 수가 500개이면, 이 두 선이 분해되는 가장 낮은 차수는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 43%)
  • 회절격자의 분해능 공식을 이용하여 두 파장을 분리할 수 있는 최소 차수를 구합니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{\lambda}{\Delta\lambda} = mN$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{589}{(589.6 - 589) \times 500}$
    ③ [최종 결과] $m = 1.96$
    따라서 분해 가능한 가장 낮은 정수 차수는 2입니다.
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54. 어떤 렌즈 앞 20cm 되는 곳에 물체를 놓으니 2배의 실상이 나타났다면 렌즈 종류와 초점거리는?

  1. 볼록렌즈, 13.3cm
  2. 오목렌즈, -13.3cm
  3. 볼록렌즈, 40cm
  4. 오목렌즈, -40cm
(정답률: 48%)
  • 실상이 맺히고 배율이 2배인 경우 볼록렌즈이며, 렌즈 공식과 배율 공식을 통해 초점거리를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{f} = \frac{1}{a} + \frac{1}{b}$ (단, $b = m \times a$)
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{f} = \frac{1}{20} + \frac{1}{40}$
    ③ [최종 결과] $f = 13.3$
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55. 얇은 Ge(굴절률=4.0)판을 공기 중에서 적외선 광학기기의 창(window)으로 사용하려고 한다. 반사율을 파장 8000nm에서 0%로 하기 위해 단층박막을 1/4 파장 두께로 코팅하려고 한다. 단층박막의 두께는 얼마이어야 하는가? (단, 코팅 박막의 굴절률은 2.0이다.)

  1. 100nm
  2. 500nm
  3. 800nm
  4. 1000nm
(정답률: 33%)
  • 단층 무반사 코팅의 두께는 코팅막의 굴절률과 파장을 이용하여 1/4 파장 조건으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $d = \frac{\lambda}{4n}$
    ② [숫자 대입] $d = \frac{8000}{4 \times 2.0}$
    ③ [최종 결과] $d = 1000$
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56. 일반적인 광학유리의 구성 원소 중 가장 많이 포함되는 것은?

  1. Al2O3
  2. SiO2
  3. Na2O
  4. B2O3
(정답률: 61%)
  • 일반적인 광학유리는 이산화규소($\text{SiO}_2$)를 주성분으로 하는 규산염 유리이며, 이를 바탕으로 다른 산화물을 첨가하여 굴절률과 분산 특성을 조절합니다.
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57. 대물렌즈의 초점거리가 500mm, 접안렌즈의 초점거리가 20mm인 천체 망원경의 배율은 몇 배인가?

  1. 10배
  2. 15배
  3. 25배
  4. 50배
(정답률: 68%)
  • 망원경의 배율은 대물렌즈의 초점거리를 접안렌즈의 초점거리로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{f_{obj}}{f_{eye}}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{500}{20}$
    ③ [최종 결과] $M = 25$
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58. 다음 광학재료 중 가장 표면손상을 입기 쉽고 내마모성이 떨어지는 재료는?

  1. PC
  2. PMMA
  3. CR-39
  4. 유리
(정답률: 61%)
  • PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)는 투명도가 높지만 경도가 낮아 긁힘에 취약하며, 제시된 재료들 중 표면 손상이 가장 쉽고 내마모성이 가장 떨어지는 특성을 가집니다.
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59. 에돌이발(diffraction grating, 회절격자)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 빛의 회절 특성을 이용한다.
  2. 두 경로를 지나는 빛 사이의 위상차로 생기는 간섭 효과를 이용한다.
  3. 쪼여지는 빛을 파장별로 분리할 수 있다.
  4. 물체에서 반사하는 빛의 반사율을 측정하는 광학 소자이다.
(정답률: 61%)
  • 회절격자는 빛의 회절과 간섭 현상을 이용하여 파장에 따라 빛을 분산시키는 광학 소자입니다. 물체의 반사율을 측정하는 소자가 아니므로 틀린 설명입니다.

    오답 노트
    빛의 회절 특성 이용: 회절격자의 기본 원리
    위상차로 생기는 간섭 효과: 회절된 빛들이 서로 간섭하여 보강/상쇄됨
    파장별 분리: 파장에 따라 회절각이 달라져 분광 가능
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60. 급커브의 도로상에는 볼록거울을 설치하여 운전자의 전방 광찰을 용이하게 도와준다. 볼록거울을 설치하는 이유는?

  1. 물체거리에 관계 없이 도립실상을 맺는다.
  2. 물체거리에 따라 확대된 직립허상을 맺는다.
  3. 물체거리에 관계 없이 축소된 직립허상을 맺는다.
  4. 물체거리에 따라 허상 또는 실상을 맺는다.
(정답률: 64%)
  • 볼록거울은 빛을 발산시키는 성질이 있어, 물체의 위치와 상관없이 항상 실제 물체보다 작게 보이며 똑바로 선 모습인 축소된 직립허상을 형성합니다. 이를 통해 운전자는 더 넓은 시야를 확보할 수 있습니다.
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4과목: 레이저 및 광전자

61. 동일 파장의 두 개의 Coherent한 레이저 빔이 각도 α로 교차할 때 그 교차점에 생기는 간섭무늬의 간격은 얼마인가? (단, 레이저 빔의 파장은 λ이다.)

(정답률: 53%)
  • 두 개의 코히런트한 빔이 각도 $\alpha$로 교차할 때 발생하는 간섭무늬의 간격 $d$는 파장 $\lambda$와 교차각 $\alpha$에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $d = \frac{\lambda}{2\sin(\frac{\alpha}{2})}$
    ② [숫자 대입] 해당 없음
    ③ [최종 결과]
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62. 레이저 광원에서 나온 두 개의 레이저 빔을 간섭시켜 사진필름에 기록하면 간섭무늬를 얻을 수 있다. 간섭무늬의 간격을 결정하는 주된 요소는 무엇인가?

  1. 필름의 굴절률
  2. 레이저의 파장
  3. 레이저의 스팟 크기
  4. 레이저의 결맞음 거리
(정답률: 46%)
  • 두 광선이 간섭하여 형성되는 무늬의 간격(간섭무늬 주기)은 빛의 파장이 길수록 넓어지고 짧을수록 좁아지므로, 파장이 결정적인 요소가 됩니다.
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63. 파장 500nm의 이상적인 레이저 광속을 그림과 같이 집속하였을 때, 발산각 θ가 1mrad이었다. 빔 허리(Beam waist)의 반지름 Wo는 약 얼마인가?

  1. 79.6㎛
  2. 122.0㎛
  3. 159.2㎛
  4. 305.3㎛
(정답률: 37%)
  • 가우시안 빔의 발산각과 빔 허리 반지름 사이의 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W_0 = \frac{\lambda}{\pi \theta}$
    ② [숫자 대입] $W_0 = \frac{500 \times 10^{-9}}{\pi \times 1 \times 10^{-3}}$
    ③ [최종 결과] $W_0 = 159.2 \mu m$
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64. 선폭이 △v=3×102Hz 인 레이저광의 가간섭시간(결맞음 시간)은?

  1. 3.3×10-6초
  2. 2.2×10-4초
  3. 3.3×10-3초
  4. 2.2×10-3초
(정답률: 56%)
  • 레이저의 가간섭시간(결맞음 시간)은 주파수 선폭의 역수로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $t_c = \frac{1}{\Delta v}$
    ② [숫자 대입] $t_c = \frac{1}{3 \times 10^{2}}$
    ③ [최종 결과] $t_c = 3.3 \times 10^{-3}$ 초
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65. 편광을 얻을 수 없는 것은?

  1. 복굴절을 이용하여 얻을 수 있다.
  2. 이색성 결정체에 의해 얻을 수 있다.
  3. 프리즘 막대를 통과시켜서 얻을 수 있다.
  4. 특별한 입사각(편광각)으로 입사시켜 반사된 빛에 의해 얻을 수 있다.
(정답률: 49%)
  • 편광은 복굴절, 이색성 결정, 브루스터 각을 이용한 반사 등을 통해 얻을 수 있습니다. 하지만 단순한 프리즘 막대를 통과시키는 것은 빛의 굴절을 일으킬 뿐, 특정 방향의 진동 성분만을 걸러내는 편광 작용을 하지 않습니다.
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66. 편광자와 검광자의 편광 방향을 나란하게 겹쳐 놓고 햇빛에 비치면 밝게 보일 때 그 사이에 매우 얇은 Waxed paper를 끼우면 어둡게 변하는 이유는?

  1. Wax 분자에서 굴절효과 때문
  2. Waxed paper 때문에 빛이 간섭을 일으켜서
  3. Waxed paper 때문에 복굴절이 일어나기 때문에
  4. Waxed paper에 의해 산란된 빛이 편광되기 때문에
(정답률: 48%)
  • 나란한 편광자와 검광자 사이에 Waxed paper를 넣으면, 빛이 종이의 미세 구조에 의해 산란되면서 원래의 편광 상태가 흐트러지거나 새로운 방향으로 편광됩니다. 이로 인해 검광자를 통과하는 빛의 양이 줄어들어 어둡게 보이게 됩니다.
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67. 전기방전으로 여기될 수 없는 레이저는?

  1. CO2 레이저
  2. 색중심 레이저
  3. Ar+ 레이저
  4. 구리 증기 레이저
(정답률: 42%)
  • 색중심 레이저는 전기방전이 아니라 광학적 펌핑(Optical Pumping)을 통해 여기되는 레이저입니다. 반면 CO2, Ar+, 구리 증기 레이저는 전기방전 방식을 사용하여 에너지를 공급합니다.
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68. 홀로그래피에 이용하는 Ar레이저에 에탈론(etalon)을 사용하는 이유는?

  1. 출력의 안정을 가하기 위하여
  2. 횡모드 특성을 좋게 하기 위하여
  3. 공간적 결맞음(spatial coherence)을 늘리기 위하여
  4. 시간적 결맞음(temporal coherence)을 늘리기 위하여
(정답률: 48%)
  • 에탈론은 특정 파장만을 매우 좁게 선택하는 광학 필터 역할을 하여, 레이저의 단색성을 높임으로써 시간적 결맞음(temporal coherence)을 늘려줍니다.
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69. 레이저 다이오드의 20GHz/℃의 온도 의존도를 갖는다고 가정할 때, 주파수의 변화가 100MHz이하가 되게 하려면 허용 가능한 온도 변화는 얼마인가?

  1. 0.005℃
  2. 0.25℃
  3. 0.025℃
  4. 0.5℃
(정답률: 59%)
  • 주파수 변화량은 온도 의존도와 온도 변화량의 곱으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\Delta f = \text{온도 의존도} \times \Delta T$
    ② [숫자 대입] $100 \times 10^{6} = 20 \times 10^{9} \times \Delta T$
    ③ [최종 결과] $\Delta T = 0.005^{\circ} \text{C}$
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70. 레이저를 이용한 홀로그래피는 레이저 빛의 어떤 성질을 이용한 것인가?

  1. 간섭성
  2. 고휘도성
  3. 직진성
  4. 고집속성
(정답률: 60%)
  • 홀로그래피는 빛의 진폭뿐만 아니라 위상 정보까지 기록해야 하므로, 두 빛이 만나 새로운 무늬를 만드는 레이저의 간섭성을 이용합니다.
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71. 어떤 결정체의 유전율 텐서(tensor)가 직각좌표계로 다음과 같이 표현된다. X 축 방향으로 편광된 빛이 Z축 방향으로 진행할 때 빛의 결정 내 진행속도가 2×108m/s이라면 Z축 방향으로 편광된 빛이 X축으로 진행하는 결정 내 속도는 얼마인가?

  1. 1×108m/sec
  2. √2×108m/sec
  3. 2×108m/sec
(정답률: 46%)
  • 빛의 속도는 유전율의 제곱근에 반비례합니다. 주어진 유전율 텐서 $\begin{pmatrix} a & 0 & 0 \\ 0 & a & 0 \\ 0 & 0 & 2a \end{pmatrix}$에서 X축 편광(유전율 $a$)일 때의 속도가 $2 \times 10^{8} \text{m/s}$이고, Z축 편광(유전율 $2a$)일 때의 속도를 $v$라고 하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $v = v_{0} \sqrt{\frac{\epsilon_{x}}{\epsilon_{z}}}$
    ② [숫자 대입] $v = 2 \times 10^{8} \times \sqrt{\frac{a}{2a}}$
    ③ [최종 결과] $v = \sqrt{2} \times 10^{8} \text{m/s}$
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72. 광축과 45°방향으로 선형 – 편광된 빛이 λ/4판(quarter-wave plate)을 통과하여 나오는 편광 상태는?

  1. 타원 편광
  2. 45°선형 편광
  3. 원형 편광
  4. 90°선형 편광
(정답률: 60%)
  • 광축과 $45^{\circ}$ 방향으로 선형 편광된 빛이 $\lambda/4$판을 통과하면, 빠른 축과 느린 축 성분 사이에 $\pi/2$ (즉, $90^{\circ}$)의 위상차가 발생하여 전기장 벡터가 회전하는 원형 편광 상태가 됩니다.
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73. 편광되지 않은 빛이 입사할 때 그림과 같이 대칭으로 진행하는 수직한 선편광으로 분리하는 프리즘의 명칭은?

  1. Wollaston
  2. Rochon
  3. Sernamont
  4. Glan-Thompson
(정답률: 56%)
  • 편광되지 않은 빛을 입사시켜 서로 수직인 두 개의 선편광으로 분리하며, 와 같이 대칭적으로 진행하게 만드는 프리즘은 Wollaston 프리즘의 특징입니다.
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74. 전기장이 선형 편광자를 지난 후 E(z,t)=1.5 cos(ωt-kz)j가 된다. 45°로 y축에 대해 놓여 있는 또 다른 선형 편광자를 지날 때 빛의 세기는 첫 번쨰 편광자를 지난 후와 비교하면 얼마나 줄어드는가?

  1. 1/8
  2. 1/6
  3. 1/4
  4. 1/2
(정답률: 49%)
  • 선형 편광된 빛이 편광축과 $\theta$의 각도를 이루는 또 다른 편광자를 통과할 때, 투과되는 빛의 세기는 말루스의 법칙(Malus's law)을 따릅니다.
    $$I = I_{0} \cos^{2}\theta$$
    $$I = I_{0} \cos^{2} 45^{\circ}$$
    $$I = I_{0} \times \frac{1}{2}$$
    따라서 빛의 세기는 처음의 $1/2$로 줄어듭니다.
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75. 전기장 E1=cos(ø1)+isin(ø1), E2=cos(ø2(V))+isin(ø2(V))일 때 두 전기장의 간섭 세기 표현식은?

  1. 2(1+sin(ø2(V)-ø1))
  2. 2(1+sin(ø2(V)+ø1))
  3. 2(1+cos(ø2(V)-ø1))
  4. 2(1+cos(ø2(V)+ø1))
(정답률: 37%)
  • 두 전기장의 간섭 세기는 두 파동의 합의 절댓값 제곱에 비례하며, 이는 두 위상차의 코사인 함수로 표현됩니다.
    두 전기장의 합은 $E = E_{1} + E_{2} = e^{i\phi_{1}} + e^{i\phi_{2}(V)}$이며, 세기 $I$는 다음과 같습니다.
    $$I = |E_{1} + E_{2}|^{2}$$
    $$I = (e^{i\phi_{1}} + e^{i\phi_{2}(V)})(e^{-i\phi_{1}} + e^{-i\phi_{2}(V)})$$
    $$I = 1 + 1 + e^{i(\phi_{2}(V)-\phi_{1})} + e^{-i(\phi_{2}(V)-\phi_{1})}$$
    $$I = 2(1 + \cos(\phi_{2}(V) - \phi_{1}))$$
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76. 다음 중 굴절률 정합 방법이 아닌 것은?

  1. LiNbO3는 굴절률이 온도의 분산함수로 변하므로 적당한 온도에서 가 될 수 있다.
  2. 각각의 파장이 λ1, λ2인 광이 진행하여 λ3인 광이 방출되며 이들이 같은 방향으로 진행할 경우 λ1+λ2=λ3가 된다.
  3. KDP type I의 경우 결정축을 회전하여 적당한 전파방향과 이루는 각도 θm에 대해서 가 되게 한다.
  4. 정상광선 축과 이상광선 축으로 각각 ω의 광을 입사시켜 이상광선 축에서 2ω의 광을 발생시키는 KDP type ∥의 경우 로 한다.
(정답률: 54%)
  • 굴절률 정합은 비선형 광학 과정에서 위상 정합을 이루기 위해 굴절률을 일치시키는 방법입니다. 각각의 파장이 $\lambda_{1}$, $\lambda_{2}$인 광이 진행하여 $\lambda_{3}$인 광이 방출될 때, 에너지 보존 법칙에 의해 주파수 관계는 $\frac{1}{\lambda_{1}} + \frac{1}{\lambda_{2}} = \frac{1}{\lambda_{3}}$가 되어야 하며, 단순히 파장의 합이 $\lambda_{1} + \lambda_{2} = \lambda_{3}$가 된다는 설명은 물리적으로 틀린 내용입니다.
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77. 레이저 광의 일반적인 특성으로 틀린 것은?

  1. 진동수가 매우 일정한 광파이다.
  2. 스펙트럼 폭이 아주 작은 단색광이다.
  3. 레이저 광은 거의 퍼지지 않는 상태로 직진한다.
  4. 레이저 광은 간섭현상이 나타나지 않는 광파이다.
(정답률: 56%)
  • 레이저 광은 위상이 매우 일정한 결맞음(Coherence) 특성을 가지고 있어, 빛의 간섭 현상이 매우 뚜렷하게 나타나는 것이 핵심 특징입니다.

    오답 노트
    진동수가 일정함, 스펙트럼 폭이 좁은 단색성, 직진성이 강한 지향성은 모두 레이저의 대표적인 정답 특성입니다.
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78. 단축 결정체(uniaxial crystal)에서 입사광의 전파방향이 광축과 몇 도 각도를 이룰 때 복굴절 현상이 보이지 않는가?

  1. 0°
  2. 30°
  3. 45°
  4. 60°
(정답률: 55%)
  • 단축 결정체에서 광축(Optical axis) 방향으로 빛이 진행할 때는 상광선(Ordinary ray)과 이상광선(Extraordinary ray)의 굴절률 차이가 발생하지 않아 복굴절 현상이 나타나지 않습니다. 따라서 광축과 이루는 각도가 $0^{\circ}$일 때 복굴절이 보이지 않습니다.
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79. 광 리소그라피에서 초미세 형상의 노광에 가장 적합한 레이저는?

  1. He-Ne 레이저
  2. 구리 증기 레이저
  3. Nd:YAG 레이저
  4. ArF 엑시머 레이저
(정답률: 53%)
  • 리소그라피에서 해상도를 높여 초미세 형상을 구현하기 위해서는 파장이 짧은 광원이 필수적입니다. ArF 엑시머 레이저는 매우 짧은 자외선 파장을 가지므로 초미세 노광에 가장 적합합니다.
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80. 파장 가변레이저라고 할 수 없는 것은?

  1. KrF 레이저
  2. 자유전자 레이저
  3. Dye 레이저
  4. Ti:Al2O3 레이저
(정답률: 46%)
  • KrF 레이저는 엑시머 레이저의 일종으로, 특정 가스 조합에 의해 결정된 고정된 파장의 빛을 방출하므로 파장 가변이 불가능합니다.

    오답 노트
    자유전자 레이저, Dye 레이저, Ti:Al$_{2}$O$_{3}$ 레이저는 매질의 특성이나 외부 조건을 조절하여 출력 파장을 변경할 수 있는 대표적인 가변 파장 레이저입니다.
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