다중 간섭

다층박막의 간섭

고급 카메라나 안경의 렌즈 표면이 맨 유리로 되어 있지 않고 뭔가 입혀져 있는 것을 볼 수 있을 볼 수 있을 것이다. 이것은 가시광선 영역에 대해 표면에서의 반사를 최대한 줄이기 위해 굴절률이 다른 유전체 박막을 입힌 것이다.

이렇게 유리의 표면에 여러 굴절률을 갖는 유전체를 입혀서 표면에서 빛의 반사를 거의 일어나지 않게 하거나 반사가 최대한 일어나게 할 수 있다. 경우에 따라서는 수십 층을 입혀서 상당히 넓은 파장영역에서 작동하도록 하게 된다. 반사를 일어나지 않게 하는 것을 반사방지 박막(anti-reflecting film)이라 하고, 거울보다 더 반사율을 높여 100%에 가까운 반사가 일어나게 하는 것을 고반사 박막(high-reflecting film)이라 한다. 실제로 반사방지 박막이나 고반사 박막은 빛을 통과시키는 입장에서 보면 특정한 영역의 빛을 선택적으로 투과시키거나 차단하는 역할을 하므로 교류회로에서처럼 투과 필터(pass filter)나 차단 필터(cutoff filter)로 불리기도 한다.

아래에 예로 제시한 그림은 특정한 영역의 파장을 선택적으로 반사시키는 고반사 박막의 구조를 단순한 개념으로 설명하고 있다. 유리와 같은 기판의 표면에 고굴절률($n=2$)과 저굴절률($n=1.25$)의 유전체가 교대로 수십층이 입혀져 있으며 각각의 두께는 광경로 입장에서 동일하게 주어져 있다. 즉 고굴절의 박막인 H는 두께가 12.5, 저굴절률의 L은 두께가 20으로 되어 있어 프로그램에서 처음 주어진 대로 파장을 100으로 한다면 각각 1/4 파장에 해당한다. 따라서 각 경계에서 반사되는 모든 파는 동일한 위상으로 반사가 일어나서 보강간섭이 극대화 되어 나타난다.

프로그램에서 파장을 100에서 다른 값으로 변경시키면 서로 결이 잘 맞아 보강간섭을 하는 흐트러지게 되어 반사율이 크지 않거나 경우에 따라서는 거의 소멸간섭을 하는 것을 볼 수 있다. 즉 여기서의 박막의 배치는 특정한 파장에 대해서만 원하는 대로 작동하게 된다. 이 프로그램에서 매질의 경계에서의 반사되는 빛의 세기는 깊은 층에서 반사하는 빛의 세기가 점점 줄어드는 것이라든지, 각 층 사이에서 복잡하게 일어나는 내부반사를 고려하지 않았기 때문에 실제의 상황을 정교하게 알기 위해서는 좀 더 엄밀한 계산이 필요하다.

_ 소멸간섭_ 보강간섭_ 가시광선_ 내부반사_ 반사율_ 광경로_ 굴절률_ 위상_ 거울