제1장

제목:

CHAPTER 13

현대광학-레이저를 비롯한몇 가지 논제

광학 제4판OPTICS, 4th

목차13.1 레이저와 레이저광13.2 상-광정보의 공간적 분포13.3 홀로그래피13.4 비선형 광학

13-2

13.1 레이저와 레이저광

1958년 타운스와 숄로(Arthur L. Schawlow)‘복사의 유도방출에 의한 광증폭

(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)’

1960년 7월 메이먼(Theodore H. Maiman)최초의 광메이저, 즉 레이저의 동작에 성공

13.1.1 복사 에너지와 물질의 평형

흑체복사(blackbody radiation)

키르히호프의 복사법칙(Kirchhoff’s radiation law)

(13.1)

13-3

방출계수(emission coefficient) 흡수계수(absorption coefficient)

모든 물질에 대하여 에서 흡수된 에너지, 즉 는 방출된에너지 와 같아야 한다

슈테판-볼츠만 법칙

(13.2)

여기서 P는 모든 파장에 걸친 총복사출력이고, A는 복사면의 면적, T는 켈빈으로 나타낸 절대온도, 는보편상수

실제 물체는 완전한 흑체가 아니며, 총방출률()로 나타낸다

13-4

빈의 변위법칙

각각의 흑체 곡선은 절대온도 T에 관계되는파장값(lmax)에서 최댓값을 갖는다.

(13.3)

상수(constant)는 실험을 통해0.002898m·K로 밝혀졌다. 온도가 올라가면 대부분의 복사는 짧은 파장과

높은 진동수로 이동한다

13-5

플랑크의 복사법칙

흑체복사를 상자 안의 전자기장의정상파 모드로 기술하는 이론을 개발한 결과인 레일리-진스(Rayleigh-Jeans) 공식은 매우 긴 파장영역에

서만 실험 곡선과 일치하였다.

플랑크의 복사법칙

(13.4)

플랑크 상수(Planck’s Constant) h

에너지는 양자화되어 있다

13-6

아인슈타인 A 계수와 B 계수

에너지 준위의 밀도

13.1.2 유도방출

고전적인 맥스웰-볼츠만 분포에 따르면

(13.6)

여기서 j번째 상태에서 i번째 상태로 천이할 때 에너지가 만큼변화하고 이러한 천이는 주파수 vji인 광자의 방출을 수반하므로

를 대입할 수 있다

1916년 아인슈타인 자발방출(spontaneous emission)

유도방출(stimulated emission)

13-7

에너지 상태가 높을수록, 즉 의 값이 클수록(지수함수값이작을수록) 그 상태에 있는 원자가 더 적은 것이다.

13-8

유도흡수(stimulated absorption) 천이율은

(13.7)

(13.8)

(13.9)

3개의 상수 Aji, Bji와 Bij는 아인슈타인 계수이다. (1)복사장과 그 안의 원자들 사이에 임의의 온도 T에서 열평형이 존재

(2) 에너지 밀도는 T에서 흑체의 특성을 갖는다. (3) 두 상태에 있는 원자밀도는 맥스웰-볼츠만 분포를 따른다

13-9

13.1.3 레이저

방출된 광자가 유도하는 복사와 동일한 위상, 편광 및 전파방향을 갖는다

밀도반전(population inversion)에 적절한 진동수를 가진 광자가 들어오면 동일한 위상을 가진 유도광자의 사태(avalanche)가 일어난다.

밀도반전을 유지하기 위하여 에너지(전기적, 화학적, 광학적 등)가 유입되고, 광선이 활성매질(active medium)을 통과한 후에 밖으로 나온다.

13-10

최초의 (펄스 루비) 레이저

메이먼이 처음 개발한 레이저의 활성매질은 작은 원통형의 인조루비로서 약간의 Cr2O3를 포함하는 Al2O3 결정이었다. 루비 막대의 양쪽 면은 연마한 다음 공진기(resonant cavity)를 구성하도록 양면에 은을 입혔다(한쪽은 부분반사면으로). 이것을 나선형 기체 순간방전관으

로 둘러싸서 넓은 대역의 광펌핑(optical pumping)을 한다.

13-11

13-12

이온은 무질서하게 자발적으로바닥상태로 떨어지기 전에 준안정상태(metastale states)에 수 ms 동안 머문다. 원자계는 효과적으로 (1) 흡수대, (2) 준안정상태, (3) 바닥상태로 구성되므로 3-준위(three-level)

레이저라고 부른다.

광공진기

공진기는 파브리-페로 에탈론으로서 레이저 동작에 중요한 역할을 한다. 이것이 레이저 광속의 매우 높은 평행성을

가져오고, 나아가 사실상 가간섭 평면파를 만든다. 활성매질이 광파를 증폭시키

지만 공진기의 광 되먹임(optical feedback)이 계를 진동자, 즉 광발생기

로 변환시킨다

세로공진기 모드(longitudinal cavity modes)

(13.15)

이웃하는 모드는 일정한 차

(13.16)

만큼 떨어져 있는데, 이것은 에탈론의 자유스펙트럼 영역이다

13-13

가로모드(transverse modes), TEMmn모드(transverse electric and magnetic)

13-14

공초점(confocal) 공진기

반구형(hemispherical) 공진기 또는 반공심(hemiconcentric)공진기

안정한(stable) 공진기

불안정한(unstable) 공진기

13-15

공진기 내부의 에너지 감소는 공진기의 특성인자(quality factor) Q로 나타난다. 광공진기를 교란시키면, 예를 들어 한쪽 거울이 이동하거나 없어진다면 일반적으로 레이저 동작은 끝난다. 이것을 레이저 공진기에 의도적으로적용하여 레이저 발진의 시작을 늦추는 것을 Q-손상(Q-spoiling) 또는 Q-

스위칭(Q-switching)이라고 한다. 발진을 차단하면 긴 수명의 준안정상태로펌핑된 원자수가 상당히 증가하여 매우 큰 밀도반전이 일어난다. 적당한 순간에 공진기가 켜지면 원자가 거의 한꺼번에 낮은 상태로 떨어지면서 엄청

나게 강력한(아마도 수백 MW에 이르는) 거대한 펄스가 나온다.

13-16

가우스 레이저 광속

TEM00 모드는 가우스 함수 형태의 단면을 갖는다

여기서 w = 광속반치폭(beam half-width)

13-17

허리(waist)

광속허리가 z=0에 있을 때 임의의 위치 z에서 반치폭은

(13.17)

zR은 레일리 거리(Rayleigh range)

(13.18)

광속의 각 전치폭(full-angular width)

w0가 작을수록 광속발산각은 커진다

13-18

광속의 발산을 나타내는 실제적인 척도는 단면적이 2배로 되는 거리 또는 가 되는 z값

헬륨-네온 레이저

13-19

레이저 개발 현황

13-20

13-21

스페클 효과(Speckle Effect)

펨토초 광펄스

13.1.4 환상의 빛

극도의 지향성, 즉 평행광선의 성질

높은 공간 가간섭성

레이저 광속의 현저한 특성

매우 좁은 주파수폭을 가진 준단색(높은 시간 가간섭성 )

높은 선속 또는 복사출력(radiant power)

초고속현상(ultrafast phenomena)

13-22

자발 라만 효과

라만 분광학(Raman spectroscopy)

13-23

유도 라만 효과

13-24

13.2 상-광정보의 공간적 분포

13.2.1 공간주파수

13-25

원거리, 즉 프라운호퍼 회절무늬는 본질적으로 구멍함수 의 푸리에 변환과 같음을 상기하라(11.3.3절). 물체면 위의 전기장 분포가

이면, 2차원 푸리에 변환은 매우 멀리 떨어진 스크린 위에 전기장 분포 E(Y, Z)로 나타난다. 상면까지의 거리를 줄이기 위하여 물체 다음에 렌즈(Lt)를 놓는다. 이 렌즈를 보통 변환렌즈(transform lens)라 하는데, 그 이유는 이것이 즉각적인 푸리에 변환을 시킬 수 있는 광컴퓨터

(optical computer)라고 생각할 수 있다.

13-26

회절무늬의 각 반점은 (주파수 0) 광축으로부터의 거리에 비례하는 특정한 공간주파수의 존재를 나타낸다.

13-27

13.2.2 결상에 관한 아베의 이론

상은 이중 회절과정으로 만들어진다. 입사파가 물체에 의하여 회절되고, 회절된 파동이 대물렌즈에 의해 다시 한 번 회절된다

대물렌즈가 무한히 큰 구멍을 가지지 않는 한, 그것은 주어진 값보다큰 공간주파수를 제외시키고 그보다 낮은 부분은 전부 통과시키는

저역통과(low-pass) 필터의 역할을 한다

13-28

13.2.3 공간여과

변환렌즈는 물체의 이차원 푸리에 변환을 t에 만든다.

Li(‘역’변환렌즈, ‘inverse’ transform lens)는 t에 분포된 빛의 회절무늬를 상면에 투영한다. 따라서 t에 있는 데이터의 역변환은 본질

적으로 최종적인 상으로 나타난다.

가간섭 광컴퓨터(coherent optical computer)

변환평면 위에 장애물(즉 마스크나 필터)을 설치하여 특정한 공간주파수를 부분적으로 또는 완전하게 차단하여 상면에 도달하지 않도록 한다. 이렇게 상의 주파수 스펙트럼을 변경하는 과정을 공간여과(spatial

filtering)라고 한다

13-29

13-30

높은 공간주파수는 상이 밝고어두운 영역 사이의 뚜렷하고

섬세한 경계에 기여한다

13-31

13-32

13.2.4 위상대비

1934년 제르니케(Fritz Zernike)

위상대비(phase contrast) 방법을 이용한위상차 현미경(phase-contrast microscope)

위상판(phase plate)

대물렌즈의 변환평면 t에공간필터를 삽입하여 위상

을 /2만큼 바꾼다.

13-33

평면파가 파면의 위상을 지연시키는 투명한 입자를 통하여지나가는 경우, 광파는 위상변조(phase modulated, PM)된다.

직진파와 회절파가 재결합하기 전에 /2의 위상차를 보상해 준다면 서로 보강간섭 혹은 소멸간섭을 할 것이고, 상의 영역에서 재결합한 파면은 진폭변조되

어 상의 식별이 가능하게 된다.

입사평면파 Ei(x, t)를 직진 또는 0차파(zeroth-order wave)라 하고, 를 회절파(diffracted wave)라고 하며 입자의 광학적 구조에 관한 모든 정보를 갖는다

13-34

물체를 놓지 않았을 때 0에 입사하는 단색광

입자가 위치에 의존하는 위상변화 (y, z)를 일으키면, 나가는 파동은

(13.20)

를 매우 작은 값으로 한정하면,

첫 항과 둘째 항의 상대위상을 /2만큼 바꾸면,

(13.21)

으로 진폭이 변조된 파동이다.

13-35

위상대비는 적절한 공간 필터를 사용하여 단순히 위상물체의 0차푸리에 변환 스펙트럼에 /2만큼의 위상차를 주는 과정

점광원보다는 넓은 광원을 부수적인 집광렌즈와 함께 사용하여 보다 밝은 상을 얻을 수 있다.

13-36

13.2.5 암흑배경 방법과 슐리렌 방법

위상대비장치에서 중심의 0차를 지연 및 감소시키는 대신, So에 불투명한 원판을 놓아 그것을 완전히 제거할 때, 물체를 치우면 상면이 완전히 어둡게 되므로 암흑배경(dark ground)이라고 한다. 물체를 다시 갖다 놓으면 회절파만

이 i에 모여서 상을 만든다

13-37

프라운호퍼 무늬가 t에 만들어지고, 카메라 렌즈를 통해 필름면에 상자의 상이 나타날 것이다. St에 칼날을 삽입하며, 0차 빛(어떤 때는 부분적으로만)뿐만 아니라 아래쪽의 모든 고차 차수를 차단할 때까지 밑에서부터위로 올리면 암흑배경법에서와 같이 위상물체를 감지할 수 있다. 뿐만 아니라 시험상자 창의 불균일성이나 렌즈에 있는 결함도 나타나게 된다.

슐리렌(schileren) 방법

13-38

13-39

13.3 홀로그래피

13.3.1 방법

사진에서 반사하는 빛은 복사조도에 관한 정보를 가지지만, 물체로부터 나온 파의 위상에 관한 것은 전혀 갖지 않는다. 만일 원래 파의 진폭과 위상이 둘 다 어떻게 해서든지 재생될 수 있다면, 그러한 광파는 원래 것과 구별할 수 없을 것이다. 이것은 바로 물체가 실제로 파를 발생하면서 여러분 앞에 있는 것처럼 완전

한 3차원 재생 상을 볼 수 있다는 것을 의미한다.

1947년 가보르(Dennis Gabor)

물체로부터 산란된 준단색광과 가간섭 기준파의 상호작용에 의해 생긴 간섭무늬를 홀로그램(hologram)이라고 하며, 그리스어로 ‘완전한

(whole)’을 뜻하는 holos로부터 따온 것이다.

다음 단계는 광파 혹은 상을 재생(reconstruction)하는 것인데, 이는 슬라이드, 즉 현상된 홀로그램으로 가간섭 광속을 회절시킴으로써 수행되었다.

파면재생(wavefront reconstruction)

13-40

산란되지 않은 배경파(background wave) 혹은 기준파(reference wave)가 작은 반투명물체 S로부터 회

절된 파와 간섭을 일으킬 때홀로그램이 만들어졌다.

재생 단계에서 각각의 구성요소인 원형띠판은 단일 물체점의 실상과 허상을 형성한다. 물체가원래 놓여 있던 위치에 허상이

왜곡되지 않고 나타난다. 허상은참영상(true image)이라고 하며,

다른 상은 실상 또는 공액상(conjugate image)이다.

13-41

곁띠(side-band) 프레넬 홀로그램

13-42

두 광파의 간섭으로 단순화시킨 것을 살펴보자. 기준파는 그림에 보인 순간에 필름면을

따라 마루에 있으며, 각 로 입사하는 산란된물체파는 마찬가지로 점 A, B 그리고 C에서마루에 있다. 이들 두 파의 상대위상()은

(13.22)

만약 두 파가 같은 진폭 E0를 갖는다면복사조도 분포는

(13.23)

필름면을 따라 sin 의 공간주기를 가진 코사인 형태의 복사조도 분포

필름을 현상하여 진폭투과 형태가 I(x)에 대응하도록 하면 코사인 격자 홀로그램을 얻는다.

원래의 기준파와 동일한 평면파로 조명될 때 3개의 광속이 나온다. 하나는 0차이고 2개는 1차이다. 이 1차 광속 중에 하나는 원래 물체광속의 방향으

로 진행하며 그것의 재생된 파면에 해당한다.

13-43

한 단계 나아가 이제 어떤 광학적인 구조를 갖고 있는 물체로서 단일 공간주파수의 간단한 주기적인 구조를 갖는 슬라이드, 즉 코사인 격자를 사용하자. 조명된격자, 3개의 투과된 광속 그리고 기준 광속을 보여 준다. 3개의 중첩영역 각각에는 약간 다른 공간주파수를 갖는 코사인

무늬가 형성된다. 이러한 홀로그램을 재생하면, 회절되지

않은 투과파, 허상 그리고 실상을 얻는다. 원래 격자의 상들이 형성되는 곳은 3개의 광속이 그들의 공간주파수 내용을 기여하기 위하여 함께 모이는 곳뿐이다.

13-44

보다 복잡한 물체에 대해서는 물체파와 기준파 사이의 상대위상()이 위치에 따라 복잡하게 변할 것이며, 따라서 물체가 없을 때 두 평면파에 의해서생긴 기본적인 반송(carrier)신호가 변조된다. 위상각 차이 ( )에 따라 변하는)는 무늬의 형태로 저장되며, 필름면 위의 모든 점에서 물체파의 진폭은

결과적인 무늬의 가시도로 저장된다.

13-45

홀로그램 면 H를 xy-평면으로 하면배경 혹은 기준 평면파는

(13.24)

물체로부터 산란된 파는

(13.25)

두 요동 EB와 EO는 서로 중접하고 간섭하여 복사조도 분포를 형성하며, 사진유제에 기록된다. 결과적인 복사조도는

(13.26)

홀로그램 면을 따라 대비도 또는 무늬가시도(fringe visibility)는

로 주어지며, 물체파의 진폭에 관한 적절한 정보를 내포하고 있다.

(13.27)

현상된 홀로그램의 진폭투과 함수는 I(x, y)에 비례하도록 만들 수 있고, 최종 출사파(final emerging wave) EF(x, y)는 곱 I(x, y) ER(x, y)에 비례한다. 여기서 ER(x,

y)는 홀로그램에 입사하는 재생파(reconstructing wave)이다.

13-46

주파수 ν의 재생파가 배경파와 마찬가지로 H에 비스듬히 입사하면

(13.28)

최종적인 파(비례상수를 제외하고)는

여기서 세 항은 홀로그램으로부터 나오는 빛을 나타낸다. 첫 항은로 다시 쓸 수 있으며 재생파가 진폭변조된 것이다

다음의 두 파 혹은 곁띠파는 각각 합과 차의 항이다. 이 중의 첫 번째 것(즉, 합의 항)항의 위상은 2(x, y)를 포함하는데, 이 위상인자로 인하여 실상과허상이 각도적으로 분리되는 것이다. 합의 항은 홀로그램과 관찰자 사이에

수렴하는 광으로 형성된 실상 또는 공액상을 형성하며, 물체파의 위상의 음의 값을 포함하기 때문에 입체 사진쌍을 맞바꿀 때 일어나는 앞뒤 바뀜 효

과(pseudoscopic effect)와 비슷하게 상이 뒤집어진다(inside-out).

차의 항은 비례상수를 제외하고 정확히 물체파 E0O(x, y)의 형태를 갖는다. 마치 창문을 통해 저편의 경치를 내다보는 것처럼 조명된 홀로그램을 응시하면(홀로그램자체에 눈의 초점을 맞추는 것이 아니라), 바로 물체가 실제로 거기에 놓여 있는

것처럼 그 물체를 ‘볼 수’ 있다. 머리를 약간 움직이면 앞에 있는 물건을 비켜서 그것이 가로막고 있던 광경을 볼 수 있다. 달리 말해서, 완전히 3차원적일 뿐만 아니

라 어떤 다른 재생기술에서도 찾아볼 수 없는 시차(parallax)효과가 분명하다

13-47

홀로그램의 작은 부분은 각각 물체 전체에 대한 정보를 포함하고 있기 때문에, 비록 분해능이 떨어지기는 하지만 각각 완전한 상을 재생할 수 있다.

13-48

홀로그램을 실제로 만들고관찰하는 편리한 실험장치

유한한 두께를 갖는 사진유제

투과형 홀로그램(transmission hologram)의 경우, 기준파와 물체파를 같은 쪽으로부터 필름을 지나

도록 보냄으로써 제작된다.

반사형 홀로그램(reflection hologram)을 재생할 때 재조명하는광속은 관찰자를 향하여 거꾸로 산란하고, 관찰자는 홀로그램 뒤에 있는허상을 보게 된다(마치 거울을 들여

다보는 것처럼).

13-49

푸리에 변환(Fourier-transform) 홀로그램

회절된 물체파면이 대략같은 곡률의 구면 기준파와 간섭함으로써 간섭무늬의 평균주파수를 낮춤

13-50

다른 구성과는 달리 푸리에변환 홀로그램에 의해 생긴

상은 둘 다 허상이고, 동일 평면에 있으며 원점에 대하여

대칭적으로 놓여 있다

13-51

13.3.2 개발과 응용

체적 홀로그램

초상화 홀로그래피

1962년 데니슈크(Yuri Nikolayevitch Denisyuk)

입사각(혹은 파장)을 계속적으로 변화시킴으로써 단일 체적매질은한 번에 대단히 많은 홀로그램을 저장할 수 있다 (홀로그래픽 메모리)

백색광 반사 홀로그래피(white-light reflection holography)

13-52

홀로그래피 간섭광학

비파괴 검사응력, 진동, 열 등으로부터

생기는 물체의 미소변형(100만분의 1인치 정도)을 조사

실시간(real-time) 방법

이중노출(double exposure) 방법

시간평균(time-average) 방법

13-53

음향 홀로그래피

두 개의 가간섭적인 변환기에 의하여 생성되는 수면의 요철 무늬는 물 속에 있는 물체의 홀로그램이다. 수면에서 반사된 레이

저 빛은 그 홀로그램을 재생하게 된다.

파장 30 m 정도의 초음파를사용하여 얻은 동전의 영상

13-54

홀로그래피 광학소자(HOE)

경사진(blazed) 그리고 사인파형의 홀로그래피 회절격자가 상업적으로(약 3600 선/mm까지) 이용된다

홀로그래피 광학소자는 복잡한 렌즈의 역할을 해낼 수 있으며, 값싸고 가벼우며 간편한 시스템 디자인을 가능하게 하는 추가적인 이점을 가진다.

헤드업(head-up) 디스플레이

홀로그래픽 스캐너

HOE는 사무실 복사기나 태양광 집속기에도 사용된다

광상관자(optical correlator) HOE 정합 공간필터(matched spatial filter)

컴퓨터-생성된(computer-generated) HOE

13-55

13.4 비선형 광학

일반적으로 비선형 광학(nonlinear optics) 분야는 전기장과 자기장의 1차보다 높은 거듭제곱 항이 주도적인 역할을 하는 현상을 포함한다. 굴절률이 인가전압, 즉전기장의 제곱에 비례하는 커(Kerr) 효과(8.11.3절)는 잘 알려진 비선형효과이다.

레이저 광속을 작은 면적을 갖는 스폿으로 모으면 매우 높은 전기장을 얻을수 있다

(13.30)

수동(passive) 매질과 관계된 비선형 현상

광정류(optical rectification), 광조화파 발생(optical harmonic generation), 주파수 혼합(frequency mixing), 자체집속(self-focusing)

유도(stimulated) 라만, 레일리 그리고 브릴루앙 산란은 그 고유주파수를 광파에 부과하는 능동(active) 매질에서 일어나는 비선형 광학적 효과

등방성 매질의 경우 분극은

(13.32)

13-56

13.4.2 조화파 발생

13.4.1 광정류

형태의 광파가 매질에 입사하면, 결과적인 전기분극은

식 (13.34)의 두 번째 항의 첫째는 E0²과 같이 변하는 직류(dc) 혹은 일정한 바이어스(bias) 분극이다. 만일 강력한 선형 편광 광속이 적절한[압전성(piezoelectric)] 결정을 지나가면, 결정의 양단에 광속의 선속밀도에 비

례하는 전압이 나타난다

식 (13.34)의 cos 2t 항은 기본주파수(즉, 입사파의 주파수)의 2배인 전기분극의 변화에 해당하며, 제2조화파 발생(second-harmonic

generation) 또는 SHG를 일으킨다.

주어진 물질에서 만일 P(E)가 기(odd)함수이면, 식 (13.32)에서 E의 짝수지수 항들이 사라져야 한다. 이 현상은 물이나 유리 같은 등방성 매질에서 일어난다.

더구나 대칭중심(center of symmetry) 혹은 반전중심(inversion center)을 갖는구조의 방해석과 같은 결정에서는 모든 좌표축을 역전시켜도 물리량 사이의

상호관계가 불변이다. 그래서 이런 종류의 물질에서는 짝수의 조화파는 생성되지 않는다. 그러나 제3조화파 발생(third harmonic generation, THG)은 가능하

며 방해석을 비롯하여 여러 물질에서 관찰된 바 있다.

13-57

제2조화파 빛을 충분히 발생하는 데 있어서가장 어려운 점은 굴절률이 주파수에 관계되는, 즉 분산이 있기 때문이다. -파가 결정 안을 진행함에 따라 계속적으로 추가적인 제2조화파가 발생하는데, 이들이 적절한 위상관계

를 유지할 때만 보강적으로 합성한다.

(13.35)

일 때 I가 최댓값을 갖는데, 여기서 가간섭길이(coherence length)

(13.36)

그러나 -파는 위상속도 로 진행하며, 이것은 보통 2-파의 위상속도 와 다르다. 그러므로 새로 방출되는 제2조화파는 이전에발생된 2-파의 일부와 주기적으로 위상이

어긋난다. 두께 l의 판으로부터 나오는 제2조화파의 복사조도 I를 계산하면

13-58

분산으로 인한 바람직하지 못한 효과를 없애 효율적인 SHG를 달성할 수있다. 간략하게 말하면 n =n이 성

립하도록 하면 된다

굴절률 정합(index matching)

13-59

13.4.3 주파수 혼합

식 (13.32)에 주어진 P의 가장 단순한 표현에

(13.37)

형태의 파동 E를 대입할 때 2차 기여는

이 되며, 마지막 항으로부터 1+2 와 1-2의 합과 차의 항이 나타난다.

광 파라메트릭 진동자는 레이저 같으며, 적외선에서자외선까지 폭넓게 파장가변할 수있는 가간섭성 복사 에너지의 광원

이다

13-60

13.4.4 빛의 자체집속

유전체에 공간적으로 변하는 전기장을 가하면, 즉 에 평행한 전기장의기울기가 있으면 내부의 힘이 생길 것이다. 이 힘은 선형 매질과 비선형 등방성 매질 모두에서 밀도를 변화시키고 유전율을 변화시키며, 그 때문에

굴절률을 변화시킨다. 이제 가로방향으로 가우스 선속밀도 분포를 가진 강한 레이저 광속을 유전체 위에 비추면, 유도된 굴절률 변화는 광속 부위의 매질이 마치 볼록렌즈인것처럼 할 것이다. 그러므로 광속의 직경이 줄어들고, 선속밀도는 더욱 증가하며, 자체집속(self-focusing)으로 알려진 과정에서 광속의 축소가 계속된다.

13-61