Coherence 와 incoherence

  안녕하세요. 오늘은 coherence와 incoherence에 대해서 이야기해볼까 합니다. 파동(wave)에서 간섭 (inteference)을 다룰 때 coherence와 incoherence의 개념이 등장합니다. 우선 간섭현상이 발생할 때 파동이 coherence이다 라고 한다면 파동의 간섭무늬가 잘 보이겠구나 라고 생각하면 되고, 파동이 incoherence이다 라고 한다면 파동의 간섭무늬가 잘 보이지 않겠구나 라고 생각하면 됩니다.

 

  파동이 coherence인지 incoherence인지에 따라 어떠한 현상이 발생하는지 알았으니 이제 coherence와 incoherence가 무엇인지 살펴보겠습니다. coherent light를 가지고 설명을 한다면 좀 더 잘 이해 할 수 있을 것입니다. 우선 우리가 빛을 말할 때는 일반적으로 광자(photon) 하나 가지고 말하지 않습니다. 우리는 일반적으로 각자의 진동수(frequency)를 가지고 있는 수많은 광자들이 서로 간섭을 일으키며 진행하는 것을 빛이라고 말합니다. 

Fig 1. (a) Coherent light, (b) Incoherent light

  만약 빛을 이루고 있는 광자들의 진동수가 모두 같은 진동수와 위상(phase)을 가지고 있다면 그 빛은 Fig 1의 (a) 와 같이 진동수와 위상이 잘 정의된 빛이 되고 이 빛을 coherent light라고 부릅니다. 만약 빛을 이루고 있는 광자들의 진동수와 위상이 모두 제각각이라면 Fig 2의 (b)와 같이 진동수와 위상을 좀처럼 명확히 정의할 수 없는 빛이 되고 이 빛을 incoherent light라고 부릅니다. 

 

Fig 2. (a)  보강 간섭이 주로 발생한 두 빛, (b) 상쇄, 보강이 마구잡이로 발생하는 두 빛

 

  Coherent light끼리 간섭을 일으킬 때는 Fig 2의 (a)처럼 전체 파동에서 보강 혹은 상쇄 간섭중 하나가 주로 발생합니다. 그래서 간섭무늬가 전체적으로 보강이 되든 상쇄가 되든 매우 명확하게 보입니다. Incoherent light끼리 간섭을 일으킬 때는 Fig 2의 (b)처럼 전체 파동에서 보강과 상쇄간섭 영역이 마구잡이로 발생합니다. 그래서 파동을 평균적으로 봤을 때 간섭현상이 발생하지 않는 것처럼 보이게 됩니다. 그래서 coherent light끼리 간섭은 간섭무늬가 잘 보이고 incoherent light끼리 간섭은 간섭무늬가 잘 보이지 않습니다.

 

끝.