2005-11-02
org.kosen.entty.User@5a2ee01a
이명세(sycamore)
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안녕하세요.
저는 광학에 문외한인 사람인데요.. 궁금한 것좀 질문드립니다..
빛의 반사와 입자크기에 관련된 부분에 있어서요..
이것저것 찾다보니 입자의 크기가 빛의 파장에 비해 아주 작은 경우에는 레일리 산란에 의해 산란율이 파장의 4제곱에 반비례하고요..
입자의 크기가 파장과 비슷한 경우에는 Mie 산란에 의해 산란율이 파장에
반비례하고 그로 인해 입자층은 하얗게 보인다고 봤습니다.
1. 그렇다면, 입자가 파장보다 훨씬 큰 경우에는 어떻게 되는것인가요?
그냥 빛이 입자에 의해 반사되고 말아버리나요??? 만일 그렇다면 빛을 받는 매질이 가장 하얗게 보이려면 입자의 크기가 빛의 파장보다 훨씬 커야된다라는 거 같은데요..
2. 그리고 Mie 산란에 의해 입자층이 하얗게 보이는 현상과 확산반사(난반사)는 같은 현상을 의미하는 것인가요?
3. 반사 및 산란과 빛의 굴절율은 어떤 관계가 있는 것인지요? 빛이 진행하는 매질간에 굴절율 차이가 크면 반사되는 비율이 커지게 되는 건가요?
관련된 것들을 검색해서 얻은 지식만으로는 어려운 부분이 많습니다.
답변 부탁드리고요.. 혹시 관련된 내용이 설명된 자료나 사이트 아시면 알려주시길 부탁드립니다.
그럼 미리 감사드립니다.
- reflection
- scattering
- particle
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각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변 1
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답변
박정호님의 답변
2005-11-09- 0
요즘 LCD관련 display 관련된 확산 필름이나 back light 관련되어 일을 하시는 분이 많으셔서 이부분에 대해서 많은 답변이 있으리라 생각됩니다만... 조금 관련된 일을 하면서 이래저래 줏어 들어 몇가지 부분에 대해 말씀드리고자 합니다. 1. 앞서 말씀하신것처럼 입자의 크기와 파장에 따라 Raylei Mie 산란 메커니즘을 구분하여 설명합니다. 이러한 산란은 빛의 파장, 매질의 굴절률, 입자의 크기와 모양 등 변수들이 많아 정확한 기대치를 예상하기 어려운걸로 알고 있습니다. 일반적으로 빛의 파장에 비해 입자의 크기가 아주 큰경우는 입자에 입사되는 빛의 각도와 입자의 모양 그리고 입자의 굴절률에 따라 반사되기도 하고 굴절 투과 되기도 합니다. 이는 물로 거시적인 관점에서 본것이고 좀 미시적인 관점에서는 파장이 작은 경우 (즉 해상도가 높은) 큰 입자내의 조성이나 혼입물(?) 등 불균일 성에 의해 공명흡수복사 형태의 산란도 관찰됩니다.반사의 경우 입자의 굴절률과 입자 표면의 roghness에도 관계합니다. 제가 줏어들은 바로.. back light component나 diffusion film의 경우 일종의 투과스펙트럼(?) 휘도계로 전체 film의 uiformity를 평가하는 걸로 알고 있는데 이경우 위의 여러가지 미시적 거시적 산란과 반사의 텀 (물질 자체의 흡수를 포함)이 모두 합해서 나오는 것이기 이것을 따로 구별하는것도 쉬운 일이 아닙니다. 특히 매질이 가장 하얗게 보이려면 입자의 크기가 빛의 파장보다 훨씬 커야된다는거에 대해서 어떤 면에서는 일리가 있습니다. 부연하자면 우리 눈에 하얗게 보인다는것은 즉 가시광 영역 전체에서 산란이 강하게 일어난다는 이야기로 바꿀 수 있습니다. 예를 들어 균일한 크기의 입자들을 물에 분산 시켜 놓거나 매질내에 혼입시켜 놓았을때 입자의 크기와 입자의 굴절률 입자들 사이의 간격(입자의 농도)에 따라서 특정 영역 파장의 산란을 일으킬수 있습니다. 입자가 매우 작은 경우 푸른색을 입자가 큰경우 붉은색을 몰론 이는 입자의 크기 입자들 사이의 간격과 굴절률이 균일할때의 이야기 입니다. 이는 낮에 하늘이 파랑고 노을일 붉은 이유와 똑같은 이야기 입니다. 2번도 위에서 설명한것이 어느정도 답에 가까울거라 생각합니다. 3. 일반적으로 굴절률은 빛과 상호작용 정도의 척도로 봅니다. 매질을 구성하는 분자들 특히 dipole이 외부 빛 즉 electomagentic wave의 흔들어줌에 어떻게 반응하는가를 보여주는 기준입니다. 그렇기 때문에 일반적으로 굴절률이 큰 매질 즉 밀한 매질이 굴절이 더 많이 되는 것이죠. 소한 매질은 빛과의 상호작용정도가 작기 때문에 그만큼 빛이 지나가는 데 영향을 덜주게 되고 매질내에서 빛이 적게 굴절되는 것이라 봅니다. 즉 굴절률이 큰 매질이 그만큼 산란이나 반사가 크게 되어집니다. 보다 정확하게 이야기하면 산란매질과 산란매질 주위에 존재하는 주변매질의 굴절률 차를 가지고 이야기하는것이 더 정확합니다. 예를 들어 많은 산란매질(입자)들 물속에 분산되어 있다고 했을때 만일 산란 매질의 굴절률이 물을 굴절률과 같다고 하면 우리 눈에는 물속에 있는 산란입자의 존재를 확인할수 없습니다. 그런데 어떠한 외부 자극 (전기장, 혹은 레이져)을 이용해 이런한 산란 입자의 굴절률을 바꿀 수 있다면 물속에 산란 입자들의 존재를 산란이나 반사에 의해 우리 눈으로 확인할수 있는것입니다. 반사도 비슷한 맥락에서 설명할 수 있습니다. 일반 광학 Frensnel's equation을 보면 입사되는 빛의 각도와 매질과 주위매질(여기서는 공기로합시다)의 굴절류 차이에 따라 반사되는 정도를 구할수 있습니다. (물론 편광도 고려해야하지만..그냥 수직으로 빛이 입사했다고 보면 편광텀은 무시할수 있기때문에..) 우리가 투명하다고 생각하는 유리의 경우 잘닦아 놓은 유리창은 일부 거울처럼 우리의 모습이 비치는걸 확인할 수 있는데 이는 유리, 실리카의 굴절률 1.45 공기의 굴절률 1로 두 매질의 굴절률의 차에 의해 4%의 반사가 우리의 눈에 의해 관측되는 결과 입니다. 따라서 광을 이용한 여러가지 시스템에서는 이러한 반사를 막기위해 표면에 요철을 도입하거나 굴절률 차를 줄이도록 여러가지 박막을 도입하여 반사 효율을 낮추기도 합니다. 제가 글만쓰면 좀 길어지는 만연체라서.. 읽으시기에 불편하지 않으셨나 걱정이 되는군요. 질문에 적절한 답이 되었으면 합니다.