4월 2일 Photonics 스터디

오늘의 질문 1 : Aperture-type 과 Scattering-type 의 두 가지 빔이 metal 표면에 입사하는데, 이 둘이 서로 coupling 되는 일은 없겠느냐?

 

답 : 이 두 빔은 서로 다른 경우에 사용되는 것 같다.

 

오늘의 질문 2 : Prism coupling을 이용해서 Lanmuir-Blodgett-Kuhn film의 두께를 잴 때 기름을 왜 쓰는 것인가?

답 : https://en.wikipedia.org/wiki/Oil_immersion Oil immersion 효과를 이용하기 위함이다. 현미경의 분해능을 높이는 스킬 중 하나.
자세한 설명은 Oil Immersion Microscopy Animation - YouTube 유튜브에 있다.

공기만 있고 기름을 바르지 않았을 때

기름을 발랐을 때

오늘의 질문 3 대신 Evanescent wave에 대해서 설명
전반사가 일어남에도 불구하고 

Beam splitter의 원리이기도 하다.

여기서 나타나는 Goos- Hanschen effect는 빛이 전반사할 때 생기는 evanescent wave 의 width 만큼의 위상 이동이 있음을 설명하는데, 이 때문에 전반사할 때 위상이 반대로 변하게 된다.

이 효과 자체는 20세기 초에 이미 이론적으로 논해졌으나, 90년대에 nature photonics에서 실험적으로 증명한 논문이 발표되었다. 

이 효과는 선형 편광된 빛이 전반사할 때가로 방향으로 작게 위상 이동을 겪는다는 것인데, 이 이동은 입사면에서 전파 방향에 대해서 수직이 된다.

https://en.wikipedia.org/wiki/Goos%E2%80%93H%C3%A4nchen_effect 

Goos–Hänchen effect - Wikipedia

 

 

오늘의 논의 4 : Generalized Snell's law 

메타 물질에 대한 논의로 점점 가까워지는 중이기 때문에 일반화된 스넬 법칙이 등장하게 된다.

기본적으로 운동량 보존에 의해서 나온 법칙이 스넬 법칙이다.
애초부터 $n_{i}sin\theta_{i} - n_{r} sin\theta_{r}=0$이 성립하는 것이 신기한 것이다.

 

최소작용의 원리에 의해서 빨강색 선과 파랑색 선의 차이가 0이 된다

Generalized Snell’s Laws (nanohub.org)

그러므로 위와 같은 그림에서 $$\left(n_{i}k_{0}sin\theta_{i}+\nabla\Phi\right)dr-(n_{t}k_{0}sin\theta_{t})dr=0$$ 이 성립하게 된다.

 

반사의 경우에는

$$sin\theta_{r}-sin\theta_{i}=n_{i}^{-1}k_{0}^{-1}\nabla\Phi$$

굴절의 경우에는

$$n_{t}sin\theta_{t}-n_{i}sin\theta_{i}=k_{0}^{-1}\nabla\Phi$$

 

이와 같이 정리된다.