핵심 원리

빛이 좁은 슬릿을 통과할 때 그림자 영역으로 퍼지는 회절이 일어납니다. 슬릿 폭이 파장에 비해 좁을수록 회절이 뚜렷하며, 회절은 광학 기기의 분해능을 제한합니다.

탐구 질문

  • 슬릿 폭을 줄이면 중앙 극대의 폭은 어떻게 변하나요?
  • 문틈으로 소리는 잘 들리지만 빛은 잘 통과하지 못하는 까닭을 파장과 관련지어 설명해 보세요.
  • 망원경의 구경이 클수록 멀리 있는 별을 더 선명하게 관찰할 수 있는 까닭은 무엇인가요?

실생활 예시

  • CD/DVD의 무지개색 반사와 회절 격자
  • 레이저를 머리카락이나 좁은 틈에 비출 때 생기는 회절무늬
  • 망원경과 현미경의 분해능 한계
  • X선 회절을 이용한 결정 구조 분석
교과서 연계: 전자기와 양자 II편 p64~71 — 빛의 간섭과 회절
Single Slit Diffraction

빛의 회절과 단일 슬릿

광원, 단일 슬릿, 스크린을 3D 장치로 보고, 오른쪽에서 회절 무늬와 강도 분포 그래프를 함께 비교하세요.

슬릿 폭과 파장이 중앙 극대의 폭을 결정합니다.
a가 작아지거나 λ가 커질수록 W = 2λL/a가 커져 회절 무늬가 넓어집니다. 시작 버튼으로 파동 확산 애니메이션을 재생해 보세요.

🔬 빛의 회절과 단일 슬릿

현재 값λ = 550 nm, a = 0.10 mm, L = 1.00 m
단일 슬릿 회절
극소 조건a sinθ = mλ (m = ±1, ±2, ...)
1차 극소y₁ = λL/a = 5.50 mm
중앙 극대 폭
폭 WW = 2λL/a = 11.00 mm
해석a↓ → W↑ (회절 뚜렷), a↑ → W↓ (직진에 가까움)
강도 분포
세기식I ∝ (sinα/α)²
α 정의α = πay / (λL)
분해능 (레일리 기준)
최소 각도θ_min ≈ 1.22λ/D = 11.18 μrad
관계D↑ → 분해능↑, λ↓ → 분해능↑
광원
단일 슬릿
스크린
원형 구경 + 에어리 디스크
Diffraction Pattern

회절 무늬와 강도 분포

왼쪽 장치의 스크린 무늬를 오른쪽에서 더 정밀하게 읽습니다. 중앙 극대는 가장 넓고 밝으며, 양쪽 부극대는 빠르게 약해집니다.

회절이 광학 기기의 분해능을 제한합니다
Central Width 11.00 mm

중앙 극대 폭 W = 2λL/a

First Minimum 5.50 mm

1차 극소 위치 y₁

a / λ 181.8

값이 작아질수록 회절이 더 두드러집니다.

Rayleigh 11.18 μrad

D가 클수록 두 점광원을 더 잘 구분합니다.