해당 내용은 양자 산업 생태계 지원센터의 양자 ICT 통신 과정의 열 번째 강의 양자정보 활용을 통한 광학의 이해 1를 듣고 정리한 내용이다.
개요
양자암호에 쓰이는 것은 1550나노 미터의 근적외선 영역임.
-maxwell 방정식
전기장 - sin wave - 빨강 - 방향 x
자기장 -파랑 - 방향 y
전기장과 자기장이 수직이면 됨.
전기장과 자기장은 항상 같이 상호작용함.
수식 - 전기장크기 *전기장 주파수(phase of the wave)
전자기파는 cos형태의 시간의 변화를 갖는 전기장이 있으면 거리에따라 시간지연발생하는 거 포함해서 수식정리하고, k파수를 파장과 물질의 굴절률을 포함해서 표현하면 z만큼 이동할때 시간지연 * 주파수 를 k*z로 표현 가능, 시간과 공간의 함수인 파동의 식으로 표현될 수 있음.
시간지연만큼 발생하는 위상의 변화를 표현
위상 =복소수
전기장은 복소수 형태로 표현 가능함.
파동 = 전기장을 복소수로 표현할때 위상부분이 거리에 따라 어떻게 변화되는지를 표현한 것
전자기파의 거리의 이동이 저 수식만큼의 위상 변화를 유발함.
위상 속도는 전기장의 세기를 결정하는 cos안의 값.
위상이 시간에 따라 이동하는 속도는 파동의 위상속도.
위상속도 = 주파수 * 파장
delta z만큼 이동시 변화하는 위상변화 = k * delta z
k= 파수 , 전파 계수
dz만큼 이동시 발생하는 위상변화 :
빛이 물질 내에서 이동시 위상속도:
물질의 굴절률 n:
자유공간에서의 파수 k 값이 물질내에서는 n배 곱해지는 값으로 나타남.:
굴절률의 효과는 파장을 1/n 로 줄이는 것.
광학적으로 서로다른 물질 = 굴절률이 서로다른 물질인 n1,n2
빛이 입사 하면 (파랑) : 굴절각과 반사각(빨강) 같음.
snell의 법칙은 입사각의 sin값 * 입사영역 굴절률 과 투과영역 굴절률 * 투과되는 각의 sin값을 곱한 것은 항상 일정하다!
| 스넬의 법칙은 광학에서 광선이 한 매질에서 다른 매질로 들어갈 때 굴절되는 현상을 설명하는 법칙입니다. 이 법칙은 17세기에 네덜란드의 과학자인 렌스 스넬에 의해 처음 발견되었으며, 때로는 스넬-디옵스의 법칙이라고도 불립니다. 스넬의 법칙은 다음과 같이 표현됩니다: \[ n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2) \] 여기서: - \( n_1 \) 및 \( n_2 \)는 각각 광섬유나 렌즈 등 광학 매질의 굴절률입니다. - \( \theta_1 \)은 광선이 처음 매질에서의 입사각이며, - \( \theta_2 \)는 광선이 두 번째 매질에서의 굴절된 각입니다. 이 법칙은 광섬유 통신, 렌즈 디자인, 광학 레이더 등 다양한 분야에서 응용되며, 광섬유의 성능 개선이나 광학 시스템의 설계에 필수적으로 사용됩니다. |
1.입사되는 영역의 굴절률이 투과되는 영역의 굴절률 보다 큰 경우에,
sin theta 0-90은 단조 증가함수 이므로 n1>n2이면 굴절돼서 진행하는 빛의 각은 커짐.
==> 부분적 반사 ,부분적 투과 동시에 일어남
2.입사각이 투과각을 90도로 만드는 경우, == 크리티컬 앵글
sin theta = n2/n1
3.critical angle보다큰 경우 전반사 일어남. 굴절률 큰 영역에서 굴절률 작은 영역으로 진행할때만 일어남.
광도파로
core - 굴절률 큰 영역 ,클레도 -굴절률 작은영역
굴절률 작은 영역 사이에 굴절률 큰 영역을 형성하면 전반사가 일어나면서 빛이 가둬지며 계속 진행함.
== 슬랩 웨이브가이드 ==
동그랗게 광 도파로를 만든게 - 광섬유.
분홍 - 굴절률 가장 큰 영역 , 파랑 - 클레도 영역 ,하늘색 - 보호 필름
1. Ex , Ey 사이의 상대적인 위상차가 없는 경우
2.파이/2 인 경우
두가지 경우에 따라 공간,시간에따른 전기장의 방향이 변하는, 즉 궤적이 달라짐.
| 두개의 전자기파인데 전기장만 그린것 서로 수직한 방향 x,y방향 전기장 동시에 존재 . 이 두개의 벡터의 합인 E방향의 전기장을 가지는 평면파가 진행함.  x방향 전기장의 평면파와 y방향 평면파가 같은 위상을 가진다는 뜻. 출발할때 위상 값이 같다. |
두개의 전자기파가 더해질때 위상차가 없으면
전기장의 방향은 x나y의 합으로 나타나지만 전기장 선형상태로 변함.
둘 사이의 위상 차가 존재하면
전기장의 방향이 매순간 회전하면서 변함.
평면파의 시작하는 위상이 90도만큼 어긋나 있음. 람다/4 만큼.
-->매 지점에서의 일렉트릭 필드의 방향은 점진적으로 , 전기장의 방향이 변함
======> 편광은 두개의 평면파가 더해져있을때 어떤 상태로 전기장의 방향이 변하는지 그 궤적을 나타낸것.
같은 위상을 가지는 두개의 평면파가 더해졌을때,
선 형태 - 선 편광( V 이번 강의 설명할 예정, 앞으로 이 강의는 선 편광만을 고려할것임)
90도차이 - 원 편광
임의의 값 - 타원 편광
==>편광은 전자기파에서 전기장의 진동 방향이다.(only선편광)
==> 편광은 시간에따라서 변화하는 상태(선,원,타원 편광)
반사계수
0:00 ~ 26:00