홀로그래피 실험2 (반사형 홀로그램의 제작)

이론
	< 반사형 홀로그래피의 원리 > 기준파와 반대되는 위치에서 물체파를 비추어 주면 서로 마주보고 다가오는 두 파는 파가 합성되어 두 파가 겹쳐지는 영역에서 정상파가 형성될 것이다. 기준파에 대하여 물체파가 완전히 반대방향으로 놓여 있으면 그 파면과 같은 방향의 파면을 가지고 있고 공간적으로 파가 존재하지 않는 마디가 생길 것이다. "정상음파 실험" 에서의 그림 2에 보인 것은 음파가 벽면에 완전히 반사하여 입사파와 반사파가 만들어 주는 정상파이다. 이 마디(node) 와 배(antinode)의 위치는 변하지 않는다. 이러한 상황은 벽면이 비스듬하여 반사파의 방향이 약간 기울어지면 마디나 배가 이루는 평면(마디면, 배면)이 기울어질 따름으로 같이 나타날 것이다.
	그림 1. 반사형 홀로그래피의 기본 원리.
	그림 1에 나타낸 것처럼 기준파는 필름면에 수직으로 비추어 지고 물체파는 필름의 뒷면에서 기준파에 대하여 θ만큼 기울어져서 비추어지는 것을 생각해보자. 두 파가 겹쳐지는 부분에 만들어지는 정상파의 마디가 이루는 평면(마디면)도 약간 기울어진 평면이 되는데 그 기울어진 각도는 물체파 파면이 기울어진 각 θ의 반일 것이다. 배의 위치에서는 필름이 노광되어 서로 나란한 평면들로 구성된 무늬가 기록될 것이다. 평면들의 면 간격은 빛의 파장을 λ라 했을 때 <식 1> 이렇게 만들어진 필름에 원래의 기준파의 파장과 같은 파를 비추면 브랙의 회절이론에 따라서 <식 2> 의 조건을 충족하게 되어 그림 1의 아래 그림에서 보이는 것처럼 원래의 물체파가 재생된다("마이크로파 브랙 회절"에서의 브랙의 법칙에서의 각 θ는 여기서 (90-θ/2)이다). 그러나 기준파의 파장을 다르게 하면 브랙의 회절조건에 어긋나게 되어 물체파가 생기지 않는다. 즉 백색광으로 조명을 하여도 기록시 사용한 파장의 빛만 강하게 반사하므로 상을 볼 수 있다. 물체파가 점광원에 의한 것이든 여러 점광원이 중첩되어 물체의 형상을 한 것이든 무수히 많은 평면파가 합성된 것으로 이해 할 수 있으므로 쉽게 임의의 물체의 영상이 입체로 재생되어 보임을 이해할 수 있을 것이다.

실험장치

그림 2. 실험장치의 구성. He-Ne레이저에서 나온 빛이 공간필터(spatial filter)를 통과한 후 매끈한 구면파로 퍼져나간다. 50:50 빔스프리터(beamsplitter)에서 두 파로 나누어진 구면파 중 하나는 물체에 조명되어 물체파를 만들어 필름의 앞에 조명되고, 하나는 그대로 필름의 뒷면에 조명되어 기준파를 만든다.

(1) 광학대 : 바닥으로부터 오는 진동을 흡수할 수 있어야 한다. 홀로그램을 만드는 도중 진동을 받게 되면 상이 흔들려 간섭무늬가 기록되지 않는다.

(2) 레이저 : 5mW 정도의 레이저이면 가능하다. 레이저는 단색성이며 지향성을 갖고 간섭성이 뛰어나다. 레이저는 켜져 있는 시간을 조절할 수 있어야 노출시간을 조절할 수 있다.

(3) 공간필터(spatial filter) : 레이저는 간섭성이 좋아서 먼지나 렌즈의 흠 등에서 빛을 산란하여 조그마한 동심원 형태의 간섭무늬를 만든다. 이러한 것들을 제거하고 파면이 매끈한 평면 혹은 구면 형태를 만들어 주기 위하여 공간필터를 사용한다. 간단한 형태의 공간필터는 볼록렌즈로 빛을 수렴시키고 그 볼록렌즈의 초점 위치에 작은 구멍 놓아 이를 통과한 빛이 거의 구면파가 되도록 한다.

(4) 필름홀더 : 필름이 진동하지 않게 잡아 준다.

(5) 빔스프리터 : 거울에 반사된 빛을 둘로 나누어 주는 장치. 반은거울이나 특수 프리즘을 쓴다. 이때 나누어 지는 비율을 조절할 수 있으면 좋다.

(6) 반사경 : 반사도, 평면도가 좋은 것을 사용한다.

(7) 필름 : 종류에 따라 여러 가지가 있으며 현상방법도 다르다. Kodac과 AGFA에서 여러 종류가 나와 있다.

(8) 현상물품 : 현상액, 표백제, 침전제, 수조, 집게, 장갑, 온도계등이다.

(9) 현상시설 및 암실이 필요함.

실험방법
	기본적으로 "홀로그래피 실험 1"의 경우와 같다. 광학기구의 설치 상황은 그림 2에 보인 것처럼 약간 달라진다. 그리고 상을 재생할 때에는 관측하는 쪽으로 기준파를 비추어 그 기준파가 반사되는 것을 보게 된다. 물체와 필름간의 거리는 투과형보다 짧게해서 5cm정도가 적당하다. 그리고 노출 시간은 거리가 가까우므로 10초 이내가 적당하다.

홀로그래피 실험2
(반사형 홀로그램의 제작)

실험목적

이론

실험장치

실험방법

질문

참고도서