빛의 반사Mount Hood reflected in Mirror Lake, Oregon

빛의 반사

빛의 반사

광선 ray : 빛의 진행 방향을 따라 그린 가상적인 선

파면 wavefront : 파동의 위상이 같은 점들로 이루어지는 면

2 차원인 수면에 존재하는 수면파의 파면은 1 차원 곡선이다

파면 wavefront : 파동의 위상이 같은 점들로 이루어지는 면

3 차원 공간을 전파하는 파동의 파면은 파의 진행 방향에 수직한 면이다 . 평면 또는 구면이 될 수 있다 .

빛의 반사 reflection of light

diffuse reflection 확산 반사 – 거친 면

d

d

빛의 반사 reflection of light

specular reflection 거울 반사 d

빛의 반사 reflection of light법선 normal : 반사면에 대해 수직

입사광선반사광선

입사각과 반사각은 같다

빛의 굴절 refraction of light

빛의 굴절 refraction of light법선 normal : 경계면에 대해 수직

1

2

2

1

2

1

sin

sin

v

v

v1, v2 는 각

매질에서의빛의 속력

빛의 굴절 refraction of light법선 normal : 경계면에 대해 수직

v1, v2 는 각 매질에서의빛의 속력

점 A

점 B

점 A 에서점 B 까지 최단시간에이르는경로

Huygens 의 원리

파면의 모든 점들은 2 차 파동의 파원이 된다 .

빛의 굴절 refraction of light

Huygens 의 원리에 따라 아래쪽 매질에서 빛의 속도가 느리다

굴절율 index of refraction

매질의 굴절율 v

cn c : 진공에서 빛의 속력

v : 매질에서 빛의 속력

v 는 항상 c 보다 작다 .

1n

다른 매질을 통과하더라도 빛의 진동수는 변화하지 않는다 .

fv 파동의 속도

빛의 굴절 refraction of light법선 normal : 경계면에 대해 수직

1

2

2

1

2

1

sin

sin

v

v

v1, v2 는 각

매질에서의빛의 속력

빛의 굴절 refraction of light

2

1

2

1

sin

sin

v

v

22

11

f

f

2

1

21 ff

2

1

2

1

sin

sin

v

v

2

1

nc

nc

2211 sinsin nn Snell’s law

분산 dispersion

여러가지 다른 종류의 유리의 굴절율

굴절율은 파장에 따라 다르다

일반적으로 파장이 짧은 빛의 굴절율이높다 .

보라색이 빨간색보다 많이 굴절된다 .

프리즘 prism

하얀 색의 빛이 가시 광선 spectrum 으로 분해된다

무지개 rainbow

무지개 rainbow

겹무지개의 경우 , 물방울 안에서 빛이 2 번 반사하므로 , 색의 순서가 바뀌게 된다 . 이 때 입사광과 굴절광 사이의 각도는 50 – 53 도 정도이다 .

전반사 total internal reflection

전반사 total internal reflection

전반사 total internal reflection

전반사 total internal reflection

공기

물

2211 sinsin nn 1

2

Snell’s law

밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 진행할 경우 , 일부의 빛은 반사하고 , 나머지는 굴절되어 소한 매질로 전파한다 .

전반사 total internal reflection

공기

물

2211 sinsin nn 1

2

Snell’s law

밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 진행할 경우 , 일부의 빛은 반사하고 , 나머지는 굴절되어 소한 매질로 전파한다 .

전반사 total internal reflection

공기

물

2211 sinsin nn 1

2

Snell’s law

밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 진행할 경우 , 일부의 빛은 반사하고 , 나머지는 굴절되어 소한 매질로 전파한다 .

전반사 total internal reflection

공기

물

2211 sinsin nn 1

2

Snell’s law

밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 진행할 경우 , 일부의 빛은 반사하고 , 나머지는 굴절되어 소한 매질로 전파한다 .

전반사 total internal reflection

공기

물

2211 sinsin nn 1

2

Snell’s law

밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 진행할 경우 , 일부의 빛은 반사하고 , 나머지는 굴절되어 소한 매질로 전파한다 .

그림처럼 굴절되는 파동이 수면에 평행하게 되면 더 이상 굴절은 일어나지 않으며 , 모든 빛이 반사된다 .

전반사 total internal reflection

공기

물

2211 sinsin nn 1

2

Snell’s law

밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 진행할 경우 , 일부의 빛은 반사하고 , 나머지는 굴절되어 소한 매질로 전파한다 .

그림처럼 굴절되는 파동이 수면에 평행하게 되면 더 이상 굴절은 일어나지 않으며 , 모든 빛이 반사된다 .

이 때 2 의 값이 전반사 임계각 c

이다 . 이 때 1 는 90 도이다 .

cnn sin90sin 21

2

1sinn

nc

전반사의 응용

1. fiber optics

전반사의 응용

1. fiber optics

전반사의 응용

1. fiber optics

전반사의 응용

2. Multi-Touch Sensing through Frustrated Total Internal Reflection

http://www.cs.nyu.edu/~jhan/ftirsense/