광학기구의 수차

렌즈의 수차 모의실험

아래 프로그램은 구면렌즈가 가지고 있는 구면수차와 코마수차에 대해 알아볼 수 있는 모의실험이다.

렌즈의 앞뒤면 곡률, 유리의 굴절률 등을 변화시킬 수 있으며, 특히 코마를 알아볼 수 있도록 렌즈를 기울일 수도 있다. 이 값들을 다양하게 변화시키고, 또한 물체(광원)의 위치를 바꾸어서 수차가 생기는 상황을 관찰한다.

프로그램 설명

1. 화면 아래의 슬라이더나 버튼 등으로 물체와 렌즈의 상황을 변경할 수 있다.

2. 오른편 아래에 있는 '시작' 버튼을 누르면 시간의 진행에 따라 광선이나 파면이 이동하는 모습을 볼 수 있다. 한편 진행상태에서는 '시작'은 '정지'로 바뀌는 데 버튼을 다시 누르면 일시 정지한 모습을 볼 수 있다.

3. '리셋' 버튼을 누르면 그려진 화면을 정리하고 처음 시간의 상태로 된다.

4. 입사파의 위치는 화면 아래의 중앙에 있는 "물체 수평위치"의 슬라이더로나 화면에 물체(광원)의 표식을 마우스로 끌어서 좌우로 이동 시킬 수 있다. 렌즈의 오른쪽에 물체를 위치시키면 허물체로서 그 지점을 향해서 모여드는 광선이 형성된다. 광원이 좌우로 아주 멀어지면 평면파(평행광선)으로 바뀐다.

5. 렌즈의 곡률 $R_1$과 $R_2$는 각각 슬라이더로 조절되며 렌즈의 두께는 100으로 고정되어 있다.

6. 렌즈 물질의 굴절률은 스테퍼(스핀 컨트롤)로 1 ~ 3의 범위에서 변경할 수 있다.

7. '렌즈 기울기(도)' 슬라이더로 렌즈를 기울일 수 있다. 렌즈를 기울이지 않은 상황에서는 구면수차를, 기울어진 상황에서는 코마수차를 관찰할 수 있다.

8. 광선의 추적작업이 끝나게 되면 결상의 상황을 그림으로 보여주고, 몇몇 광선의 교점을 붉은 색조의 점으로 표현한다.

9. 화면을 마우스로 클릭하면 화면에 십자선이 그어지고, 좌표값이 그 자리에 표시된다. 이때의 좌표값은 렌즈의 중심을 원점으로 한다. 한편 물체의 좌표값은 왼쪽 위에 표시되는 데 부호의 약속에 따라 렌즈의 왼쪽을 $x$의 +로 하였다.

_ 평면파_ 굴절률_ 광선_ 파면_ 스핀