빛의 파장 및 분산에 대해서

빛의 파장 및 분산에 대해서

빛의 파장(Wavelength)

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파장이란?

파장은 파도의 일주기로 보통 람다라는 기호로 나타나며, 자외 가시 영역에서는 nm(나노미터)라는 단위가 사용됩니다.

빛에는 다양한 파장의 전자파가 존재합니다.'어디서부터 어디까지를 빛이라고 부르는가'라는 정의의 문제는 별도로 하고, 일반적으로는

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자외광 190nm~380nm

가시광선 380nm~780nm

근적외광 780nm~3,000nm(3μm)

중적외광 3,000nm~ 30,000nm(30μm)

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로 분류되고 있어 광학박막에서 취급하는 빛의 파장도 상기의 범위내에 있습니다.

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파장과 색과의 관계

빛은 파장에 따라 분류되며, 380nm~780nm 범위의 빛을 가시광, 380nm보다 단파장 측 빛을 자외광, 780nm보다 장파장 측 빛을 적외광이라고 합니다.

가시광선은 단파장 측에서 보라, 파랑, 초록, 노랑, 파랑, 빨강 순으로 무지개로 확인할 수 있는 색의 줄입니다.

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이중에서 인간의 눈에 보이는 파장은 가시광선인데, 형광등이나 태양광이 거의 흰색으로 보이는 것은 모든 색이 거의 고르게 섞여 있기 때문이고 실제로는 짧은 파장의 파란색에서 긴 파장의 빨간색까지 색깔이 존재합니다.

무지개는 물방울의 프리즘 작용으로 파장별로 빛이 분해되기 때문에 생깁니다.

파장을 나타내는 단위로는 nm(나노미터)를 자주 사용합니다.

1mm=1000um , 1um=1000nm

그래서 1mm은 백만분의 1㎜, 즉 550nm파장의 녹색 빛은 0.0055㎜의 파장이 됩니다.

빛의 분산(Dispersion)

빛은 파장에 따라 매질 중 속도가 다르기 때문에 같은 매질 중에서도 파장별로 굴절률이 다릅니다.

무지개가 7색에 보이는 것도 비의 물방울에 의해서 빛이 파장별로 다른 굴절률로 돌고 있기 때문입니다.

파장이 짧은 파란색 빛은 굴절률이 높고 크게 휘는 반면 빨간색 빛은 파란색에 비해 굴절률이 낮기 때문에 덜 휘어집니다.

아래 그림은 광학 유리의 대표인 파장 분산입니다.

단파장 측에서 굴절률이 높고, 장파장 측을 향해 굴절률이 내려가는 것을 알 수 있습니다.

 

실제의 광학 박막 설계에서는, 기판이나 박막 재료의 파장 분산을 파악하는 것은 소망의 분광 특성을 얻기 위해서 중요한 요소가 됩니다.

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프리즘에 의한 분광?

프리즘은 석영이나 유리로 된 삼각기둥입니다.

백색광(태양광처럼 각 파장성분이 혼합되어 있는 빛)이 프리즘에 입사하면 굴절됩니다.

장파장의 빛일수록 굴절각이 작고, 단파장이 될수록 굴절각이 커집니다.

그 결과 빨강 노랑 초록 파랑 보라색의 순으로 분류됩니다

광전관,광전자 증폭관

광전관은 광전자 효과를 이용하여 광에너지를 전기에너지로 변환하는 진공관입니다.

광전관에 전류증폭기능을 부가한 것이 광전자증배관으로, 현재의 자외가시분광광도계에서는 광전자증배관이 검출기로 사용되고 있습니다.

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비색계

비색계는 착색한 액체가 특정 파장의 빛을 흡수하는 현상을 이용하여 특정 파장의 빛을 투과하는 유리 필터를 이용하여 측광하는 장치입니다.

다양한 타입의 비색계가 개발되어 있으며 텀머·앵글러식 비색계가 대표적입니다.

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수소 방전관

미량의 수소를 봉입한 방전관으로 자외역의 광원으로 사용됩니다.

중수소를 봉입한 것은 중수소 램프라고 하며, 경수소에 비해 조사 강도가 높기 때문에 자외 가시 분광 광도계에서는 중수소 램프가 사용되고 있습니다.

 

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