4. 굴절이란 무엇인가?

 

빛이 유리나 물과 같은 매질에 입사되면 반사, 투과, 흡수 등과 같은 현상 들이 나타나게 되는데 

붉은 페인트는 붉은색 빛은 반사 하지만 그보다 파장 이 짧은 빛은 대부분 흡수 하게 된다. 

 

녹색 식물은 녹색 빛을 반사 하므로 광합성을 증진시키기 위하여

녹색 빛을 사용 하여 식물을 조명하는 것은 매우 비효율적인 방법이다.

매질이 빛을 흡수 하거나 반사만 하게 되면 불투명 하게 된다.

 

보통의 유리는 파장이 짧은 자외선에 대해서는 불투명 하지만, 검은 유리는 가시광에 대하여 불투명 하다.

연마된 유리판과 같이 투명한 기판들은 각각의 면마다 수직으로 입사된 빛의 약 96%를 투과한다.

 

렌즈나 프리즘과 같은 광학소자들에서 사용되는 유리판들은 빛을 아주 작게 흡수 하지만

빛이 유리판의 위아래 면을 통과 하게 되면 0.962 즉 약 92%의 빛 이 투과 하게 된다.

 

 

투명한 광학 유리판은 균질(homogeneous) 하고 등방성(isotropic) 이다.

즉, 모든 방향에서 동일한 광학적 특성을 갖는다.

 

유리와 물은 등방성 물질이다.

그러나 방해석과 수정결정과 같은 어떤 종류의 결 정체들은 투명하지만

빛의 전파방향에 따라 광학적 특성이 다른 물질도 있다.

 

이런 물질은 비등방성(anisotropic) 물질이라 부른다.

이런 물질들은 빛 을 편광 시키거나, 복굴절 현상을 나타내게 되어 결정을 통해 볼 때 물체가 이중으로 보여 지게 된다.

매질의 일반적인 광학적 특성은 굴절률로 나타내며,

균질한 매질 내에서는 어디서든지 굴절률이 동일하며 매질내의 광속 또 한 일정하게 된다.

 

신기루 현상을 일으키는 지표면의 공기는 고도와 온도에 따라 공기 밀도와 굴절률이 다르게 되므로

비균질(nonhomogeneous)한 매질 이다.

빛은 물질(기체, 액체, 고체 등)속에서 진행할 때는 진공 중에서 보다 느리게 이동한다.

그 이유는 빛은 감추어져 있는 원자나 분자와 상호 작용하며 전파하기 때문이다.

매질 속에서 빛의 전파 속도 차이를 정량적으로 표현하기 위해 새로운 변수를 도입했다.

 

굴절률 n: 각각의 물질과 관련된 상수로써 다음으로 정의된다.

여기서 C는 진공 중에서의 광속이고, v는 매질 속에서의 광속이다.