빛의 간섭효과를 이용한 3차원 영상

홀로그램의 재생 원리

홀로그램이란 두 개의 레이저광이 서로 만나 일으키는 빛의 간섭효과를 이용하여 3차원 입체 영상을 기록한 필름이다.

다음은 영(Young)의 간섭실험을 보여주는 그림이다.

(가)

(나)

그림 (가)에서와 같이 두 개의 슬릿 , 에서 나온 빛은 회절하여 두 개의 구면파가 서로 겹치면서 (나)와 같은 간섭무늬가 얻어진다. 단색광이며 슬릿에서 동일한 위상을 갖는 두 입사광선이 스크린 P 위에 도달할 때에는 위상차가 발생하는데, 이것으로 인해 밝거나 어두운 패턴이 나타나는 것이다. 이때 간섭의 조건은 다음과 같다.

이면 보다 밝아지는 보강간섭

이면 어두워지는 상쇄간섭

일반적으로 이중슬릿 실험은 와 을 측정하여 실험에 사용된 빛의 파장 λ를 구하는 목적으로 수행된다.

그러나 다른 각도에서 생각해보자. 만약 빛의 파장 가 일정하고 의 값을 임의로 바꿀 수 있다면 그에 따라 변하는 것은 각도 가 될 것이다. 즉, 그림 (나)의 무늬 패턴을 따라 금속 원자를 배치하고 움직이지 못하게 한 뒤 (이 판을 홀로그램이라고 한다) 스크린 위에 붙인다. 여기에 실험에 사용된 빛을 슬릿 각도에서 비추면 금속 원자들 사이에서 회절된 빛이 슬릿 에 모아지면서 관찰되는 것이다. 이것이 홀로그램의 재생 원리이다.

상상력을 조금 더 발휘해 보자. 가 슬릿이 아니고 점광원 혹은 표면에서 빛을 반사하는 아주 작은 물체, 더 나아가 지구본이라고 하면 실험을 역으로 진행했을 때 어떤 현상이 일어날까? 에는 간섭을 일으키기 위한 광원을 놓고, 스크린에는 간섭무늬를 따라 금속 입자들이 배열된 홀로그램을 두면 위치에는 그것이 점광원이든 아주 작은 물체이든, 지구본이든 입체적인 영상이 재현될 것이다.

질문

얇은 금속을 투과한 빛이 간섭무늬를 만드는 이유가 무엇입니까?

답안

결정격자를 가진 물체에 X-선을 비추면 회절 현상이 일어납니다. 금속을 구성하는 원자들은 규칙적인 간격을 갖고 있는데, 이 간격이란 보는 각도에 따라 조금씩 다를 것입니다.

여기를 투과하는 빛은 간격을 만날 때마다 회절하며, 이 회절광 사이에서 간섭이 일어나는 것입니다. 또한 회절을 일으키도록 제작된 유리판이 있는데, 1㎜ 안에 1만 개의 줄을 그어 미세한 간격을 만든 것입니다.

여기에 빛을 비추어도 회절에 의한 간섭무늬가 얻어집니다.