An’s Physics Lecture 시뮬레이터

OPTICS

무반사 코팅

막 두께와 파장을 바꾸며 반사파의 위상과 반사율을 비교한다.

시작 대기
\tau0.00 T
광학적 경로차2n_1d
—nm
왕복 위상차\Delta\varphi
—°
코팅 반사율R
—%
무코팅 반사율R_0
—%

수직 입사하는 단층 코팅

공기 n_0=1.00, 코팅 n_1=1.38, 유리 n_2=1.52이다. 수직 입사, 평평한 경계, 무흡수·무분산의 단층과 반무한 유리 기판을 가정한다. 두 경계의 반사는 모두 위상이 \pi만큼 바뀐다. 그림의 떨어진 광선은 경로를 구별하기 위해 옆으로 벌린 도식이며 실제 입사각이 아니다.

\Delta\varphi=\frac{4\pi n_1d}{\lambda},\qquad d_\mathrm{quarter}=\frac{\lambda}{4n_1}

오른쪽 파형의 얇은 두 선은 첫 두 반사파이고 굵은 선은 다중 반사까지 합한 정확한 반사장이다. 반사율은 같은 진폭을 가정한 \cos^2\left(\frac{\Delta\varphi}{2}\right)가 아니라 프레넬 계수로 계산한다.

r_{ij}=\frac{n_i-n_j}{n_i+n_j},\qquad R=\left|\frac{r_{01}+r_{12}e^{i\Delta\varphi}}{1+r_{01}r_{12}e^{i\Delta\varphi}}\right|^2

¼ 파장 두께에서 반사가 최소이지만, n_1\ne\sqrt{n_0n_2}이므로 완전히 0이 되지는 않는다. 아래 곡선은 현재 두께의 반사 스펙트럼이다. 파형 재생 시간은 광학 주기 단위 \tau=\frac{t}{T}로 느리게 표현한 위상 관찰용이며 실제 초가 아니다. 한 단계는 0.025 주기이다. 막 두께·파형 진폭은 확대된 도식이다.

조작과 초기화

슬라이더 또는 오른쪽 값을 직접 입력하고 Enter나 Tab으로 확정한다. 물리 조건을 바꾸면 시간을 0으로 되돌리고 정지한다. 관측 위치와 표시 도구 변경은 시간을 유지한다. 처음으로는 현재 조건을 유지하고, 전체 초기화는 조건·배속·표시 도구도 기본값으로 되돌린다.

Space 재생·일시정지 · → 정지 중 0.025 주기 진행 · R 처음으로 · F 집중 모드 · Esc 창·집중 모드 닫기. 입력칸에서는 화살표를 원래의 값 조절에 사용한다. 그림 위 두 손가락 확대·축소와 스크롤을 허용한다.

¼ 파장 코팅

d=\frac{\lambda}{4n_1}

해 보기 ¼ 파장 막을 누르고 왕복 위상차 180°와 줄어든 반사율을 확인한다.

상쇄와 반사율 0

n_1=\sqrt{n_0n_2}\quad\text{for zero reflection}

해 보기 현재 굴절률에서는 ¼ 파장이어도 반사율이 0이 아니다. 두 반사파의 진폭이 다른 것을 비교한다.

한 파장에 맞춘 코팅

\Delta\varphi=\frac{4\pi n_1d}{\lambda}

해 보기 550 nm의 ¼ 파장 막을 정한 뒤 파장만 400 nm와 700 nm로 바꾼다. 반사율이 다시 증가하는지 확인한다.