홀로그래피

홀로그래피의 특성

파면의 정보를 기록한다.

1947년 영국의 과학자 데니스 게이버(Dennis Gaber)는 전자현미경에서 전자의 물질파파면(wave front)에 대한 정보를 필름면에 기록하여 이를 전자보다 만 배 이상의 파장을 가지고 있는 가시광선으로 재생하여 전자현미경의 배율을 획기적으로 높일 수 있을 것이라는 원리를 제안하였다. 그 당시에는 레이저가 나오기 이전이었으므로 가시광원으로서 저압 수은등의 546.1 nm의 초록색 빛을 이용하였다. 그의 이론은 실현이 되었으나 재생파를 입사파로부터 완전히 분리하기에 불편한 점이 많아서 크게 주목받지는 못하였다. 그러나 게이버의 발상은 물체의 영상을 명암으로만 기록하는 통상적인 사진술과 전혀 다르게 물체에서 방출되는 빛의 파면에 대한 정보를 필름에 기록하는 혁신적인 것이다. 이렇게 기록된 필름을 게이버는홀로그램(hologram)이라 불렀다. 홀로그램에서 다시 그 파면을 재생하면 완벽하게 그 물체로부터 퍼져나가는 것과 같은 빛을 만들어 낼 수 있어 물체가 실지 그대로의 상태로 있는 것처럼 관측케 한다. 이러한 기술을 홀로그래피라 한다.

1961년 He-Ne 레이저가 나온 후 미국의 레이스(E.Leith)에 의하여 이 특별하게 간성성이 좋은 빛을 이용한 오늘날의 홀로그래피가 재발견되었다. 그후 계속해서 새로운 형태의 홀로그래피가 속속 발표되었고 또한 이를 응용한 신기술들이 개발되어 1960년대의 과학계를 흥분시켰다.

입체의 모습을 볼 수 있다.

홀로그래피 기술로 파면의 정보를 기록한 사진인 홀로그램을 촬영한 조건으로 배치하고 물체를 없애면 홀로그램 너머로 상이 나타난다. 이 상은 마치 창문밖으로 경치를 볼 때 시야를 바꾸면 창문 밖에 펼처진 물체의 상대적 위치가 변하듯이 입체로 보이게 되어 가려졌던 부분이 보이기도 하고 보이던 부분이 가려지기도 한다.

_ 간섭무늬_ 가시광선_ 물질파_ 레이저_ 파면_ 배율

회절격자와 홀로그램

회절격자는 일종의 홀로그램이다.

회절격자는 평면유리나 오목한 금속판에 다수의 평행선을 등간격으로 새긴 것으로 이것에다 빛을 비추면 투과 또는 반사된 빛이 파장 별로 나뉘어서 그 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이 회절격자(평면유리로 만들어진)에 평행으로 입사한 빛들은 금이 그어진 곳에서는 흡수가 되거나 산란하여 버리고 금이 그어지지 않은 좁은 틈으로 들어오는 빛은 통과한다. 그러나 통과한 빛은 그대로 직진하지 않고 호이헨스 원리에 의하여 회절되어 원기둥 형태로 퍼져 나간다. 이때 이웃하는 틈으로 통과한 빛과의 광로 차이가 파장의 정수 배가 되는 조건이라면 서로 보강간섭이 일어나서 빛이 강해지나, 광로차이가 파장의 정수 배가 아닐 때에는 소멸하여 버린다. 따라서 보강간섭이 일어나는 조건이 성립하는 어떤 특정한 방향으로만 빛이 밝게 비추어지고, 그 조건은 그 빛의 파장에 따라 달라지기 때문에, 여러 파장의 빛이 섞여 있을 때에는 프리즘에서처럼 파장 별로 분리된다.

위 그림에서 $d$간격으로 평행선의 슬릿(slit)을 가지고 있는 회절격자의 왼쪽에서 평면파가 들어와서 회절격자를 통과한 후 몇 갈래로 나뉘진 평면파로 진행하는 것을 보여주고 있다. 회절격자의 틈을 통과한 빛들은 서로 간섭하여 이웃한 빛과의 광로차가 파장의 정수 배가 되는 조건에서 보강간섭하는 세 가닥의 평면파가 서로 다른 각도로 진행하고 있다. 오른편으로 그대로 진행하는 파는 그 정수 $n=0$ 인 경우이고, 아래 방향으로 기울어진 파는 $n=1$, 위쪽으로의 파는 $n=-1$ 인 경우이다.한편 홀로그램 오른편에서 홀로그램을 보면 실제로 비추어지지 않은 다른 평면파를 관측할 수 있고 따라서 아주 멀리 광원이 있는 것같은 허상의 존재를 느낄 수 있을 것이다.

보통의 회절격자가 틈으로 되어 있어 그 틈으로는 전부 통과시키고, 막힌 부분에서는 전부 흡수하는 것과 달리 사진 필름의 투과율이 연속적으로 변하고 있으면서 같은 주기를 하고 있는 때에도 회절격자처럼 작용한다.

_ 호이헨스 원리_ 보강간섭_ 회절격자_ 평면파_ 프리즘_ 투과율_ 슬릿_ 주기_ 허상_ 파면