광학 직업 전망

광학의 채용 방향

광학은 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선에서 광파에 이르기까지 광범위한 파장의 전자기 방사선의 생성, 전파, 수신 및 처리에 대한 연구입니다. X선 및 감마선 디스플레이 과학 및 물질과의 상호 작용은 적외선에서 자외선까지의 범위에 중점을 둡니다.

광학 전공 연구 방향

본 전공의 주요 연구 방향은 양자광학 및 양자정보, 광전자공학 기술, 광정보 처리 및 컴퓨팅이다. 디자인, 강력한 레이저 및 레이저 생물.

광학 전공 교육 목표

이 전공은 광학에 대한 탄탄한 이론적 기초와 기본 실험 기술을 갖추고 이 분야의 개발 현황과 연구 동향을 이해하는 강력한 혁신 능력을 갖춘 학생을 양성합니다. 광학 개발 분야의 국제 최첨단 동향을 잘 알고 과학 연구, 교육 또는 전문 기술 작업을 수행할 수 있고 강력한 종합 능력, 언어 표현 능력 및 작문 능력을 갖춘 고급 인재입니다.

광학 전공 취업 방향

이 전공 졸업생의 일정 비율은 학업을 계속하기 위해 박사 학위를 취득하는 것 외에도 대학에 진학하여 관련 분야에 종사할 수도 있습니다. 교육 및 과학 연구, 광전자공학 회사의 R&D, 엔지니어링 기술 및 판매 업무에 참여합니다.

광학계 발전의 역사

광학은 오랜 역사를 지닌 학문 분야로, 그 발전 역사는 2,000년 이상으로 거슬러 올라갑니다. 빛에 대한 인간의 연구는 처음에는 "사람들이 주변의 물체를 어떻게 볼 수 있습니까?"와 같은 질문에 답하는 데 중점을 두었습니다. 기원전 400년경, 세계 최초의 광학 지식은 중국의 『모경』에 기록되어 있습니다. 광학에 관한 8개의 기록을 담고 있으며, 그림자의 정의와 생성, 빛의 선형 전파와 핀홀 이미징을 기술하고, 평면거울, 오목구면거울, 볼록구면거울에서 물체와 이미지의 관계를 엄밀하게 논한다(중국사 참조). 물리학).

모경 이후 2,000년이 넘는 역사적 시기에 11세기 아랍인 이븐 하이탐(Ibn Haitham)이 1590년부터 17세기 초까지 H. Jensen과 H. Lipsch는 17세기 전반이 되어서야 W. Snell과 R. Descartes가 빛의 반사와 굴절에 대한 관찰을 오늘날 일반적으로 사용되는 반사 법칙과 굴절로 요약했습니다. . 법.

1665년 뉴턴은 햇빛을 간단한 구성 요소로 분해하여 색상이 특정 순서, 즉 스펙트럼으로 배열되는 광 분포를 형성할 수 있는 햇빛에 대한 실험을 수행했습니다. 빛의 객관적이고 정량적인 특성을 처음으로 접하게 된 것은 빛의 성질에 따라 각각의 단색광의 공간적 분리가 결정되기 때문이다. 뉴턴은 또한 곡률 반경이 큰 볼록 렌즈를 광학 평면 유리판 위에 놓고 백색광을 비추면 렌즈와 유리판 사이의 접촉점에 유색 동심원 환형 줄무늬 그룹이 나타난다는 사실을 발견했습니다. 특정 단색광이 사용되며, 조사되면 빛과 어둠이 번갈아 나타나는 동심원 고리 줄무늬 그룹이 나타납니다. 후세대에서는 이 현상을 뉴턴 고리라고 불렀습니다. 이 현상을 통해 첫 번째 어두운 고리의 공극 두께를 사용하여 해당 단색광을 정량적으로 특성화할 수 있습니다.

이러한 중요한 현상을 발견하면서 뉴턴은 빛이 빛의 선형 전파에 기초한 입자의 흐름이라고 믿었으며 입자는 광원에서 튀어 나와 직선으로 움직이는 역학 법칙을 따릅니다. 그리고 이 관점을 사용하여 굴절과 반사 현상을 설명합니다. 호이겐스는 빛의 입자 이론에 반대했습니다. 그는 1690년에 "빛에 대하여"에서 다음과 같이 썼습니다. "빛은 소리와 마찬가지로 구형 파동 표면에서 전파됩니다." 빛이 달성하는 각 점은 2차 파동의 진동 중심으로 간주할 수 있으며, 2차 파동의 포락면은 전파파의 파면(파면)입니다. 18세기 전반에 걸쳐 빛의 입자 흐름 이론과 빛의 파동 이론이 대략적으로 제안되었으나 둘 다 완성되지는 못했습니다.

19세기 초 T. Yang과 A. Fresnel의 작품으로 대표되는 파동광학이 처음 형성되었습니다. 양씨는 '필름의 색상'과 이중 슬릿 간섭 현상을 성공적으로 설명했습니다. 프레넬은 1818년에 영의 간섭 원리에 호이겐스의 원리를 보완하여 오늘날 잘 알려진 호이겐스-프레넬 원리를 형성하였습니다. 이는 빛의 간섭 및 회절 현상을 완벽하게 설명할 수 있으며, 빛의 선형 전파도 설명할 수 있습니다. 추가 연구에서는 빛의 편광과 편광의 간섭이 관찰되었습니다. 이러한 현상을 설명하기 위해 프레넬은 빛이 연속 매질(에테르)에서 전파되는 횡파라고 가정했습니다. 그러나 탄성 고체의 특성은 에테르에 부여되어야 하며, 이러한 성질을 갖는 에테르는 상상할 수 없으며, 에테르가 인정된다 하더라도 광학적 현상은 다른 물리적 현상과 연결될 수 없다.

1846년 패러데이는 빛의 진동 표면이 자기장에서 회전한다는 것을 발견했습니다. 1856년 W. Weber는 진공에서 빛의 속도가 전자기 단위와 자기장 단위의 비율과 같다는 것을 발견했습니다. 전류 강도의 정전기 단위. 이는 광학 현상과 전자기 현상 사이에 특정한 내부 관계가 있음을 나타냅니다.

1860년경 맥스웰의 이론적 연구에서는 전기장과 자기장의 변화가 공간의 특정 부분에 국한될 수 없고, 전류의 전자기 단위와 정전기의 비율과 같은 속도로 전파된다는 점을 지적했습니다. 단위. 빛은 그러한 전자기 현상입니다. 이 결론은 1888년 Hertz에 의해 실험적으로 확인되었습니다.

Maxwell의 이론에 따르면 c가 진공에서 빛의 속도를 나타내고 v가 유전 상수 ε 및 투자율 μ를 갖는 투명 매질에서 빛의 속도를 나타낸다면 다음과 같습니다.

c/ v=(εμ )1/2

여기서 c/v는 정확히 매질의 굴절률이므로 다음과 같습니다.

n=(εμ)1/2

위의 공식은 투명 매질의 광학 상수 n, 전기 상수 ε 및 자기 상수 μ 사이의 관계를 나타냅니다. 빛의 물리적 특성을 이해하는 측면에서 맥스웰의 이론은 이전 이론에 비해 큰 발전을 이루었습니다.

그러나 이 이론으로는 빛의 주파수까지의 주파수를 발생시키는 전기진동자의 성질을 설명할 수 없고, 빛의 주파수에 따른 굴절률의 변화로 인한 빛의 분산도 설명할 수 없다. H. 로렌츠(H. Lorenz)는 1896년에 전자 이론을 확립하고 나서야 물질에 의한 발광 및 빛 흡수 현상뿐만 아니라 분산에 대한 설명을 포함하여 물질 내 빛 전파의 다양한 특성을 설명했습니다. 로렌츠의 이론에서 에테르는 거대하고 무한한 움직일 수 없는 매체입니다. 유일한 특징은 이 매체의 빛 진동이 일정한 전파 속도를 갖는다는 것입니다.

뜨거운 흑체 복사 에너지의 파장 분포와 같은 중요한 문제에 대해 로렌츠 이론은 아직 만족스러운 설명을 제공할 수 없습니다. 더욱이, 로렌츠의 에테르 개념이 옳다고 생각된다면 움직이는 에테르를 기준틀로 선택하여 사람들이 절대 운동을 구별할 수 있게 할 수 있습니다. 실제로 1887년에 A. Michelson 등은 간섭계를 사용하여 "에테르풍"을 측정하여 부정적인 결과를 얻었습니다. 이는 로렌츠의 전자 이론 당시까지 빛의 본질에 대한 사람들의 이해가 여전히 매우 일방적이었음을 보여줍니다.

1900년 플랑크는 물질의 분자 구조 이론에서 불연속 개념을 빌려 방사선의 양자 이론을 제안했습니다. 그는 다양한 주파수의 전자기파(빛 포함)는 각각의 파장에 의해서만 결정될 수 있다고 믿었습니다. 이산 에너지는 발진기에서 방출됩니다. 이 에너지 입자를 양자라고 하며, 빛의 양자를 광자라고 합니다. 양자이론은 뜨거운 물체가 방출하는 에너지의 분포를 파장에 따라 자연스럽게 설명할 뿐만 아니라, 빛과 물질의 상호작용에 대한 문제를 전혀 새로운 개념으로 제기한다. 양자이론은 광학뿐만 아니라 물리학 전반에 새로운 개념을 제시하는 것으로 흔히 현대물리학의 출발점으로 여겨진다.

1905년 아인슈타인은 광전효과에 양자이론을 활용해 광자에 대한 아주 명확한 표현을 제시했다. 그는 빛이 물질과 상호작용할 때 빛은 가장 작은 단위인 광자와도 상호작용한다는 점을 구체적으로 지적했습니다. 또한 19세기 말과 20세기 초에 이루어진 많은 실험에서는 빛의 양자적 특성이 잘 입증되었습니다. 1905년 9월, 독일의 "Annals of Physics"는 아인슈타인의 기사 "On the Electrodynamics of Moving Mediums"를 출판했습니다. 특수 상대성 이론의 기본 원리가 처음으로 제안되었습니다. 이 기사는 갈릴레오와 뉴턴 시대부터 지배적이었던 고전 물리학이 빛의 속도보다 훨씬 작은 속도로 제한된 응용을 갖고 있는 반면, 그의 새로운 이론은 고속 운동과 관련된 과정의 특성을 설명할 수 있음을 명확히 합니다. 그는 근본적으로 에테르 개념을 포기하고 움직이는 물체의 광학 현상을 성공적으로 설명했습니다.

이렇게 20세기 초에는 빛의 간섭, 회절, 편광, 물체의 이동 등의 광학 현상을 통해 빛이 전자기파라는 사실이 확인되었습니다. 한편, 열복사, 광전효과, 광압력 등을 통해 확인되었으며, 빛의 화학적 효과 등은 빛의 양자성, 즉 입자성을 의심할 여지 없이 증명합니다.

1922년에 발견된 콤프턴 효과, 1928년에 발견된 라만 효과, 그리고 당시 실험적으로 얻을 수 있었던 원자 스펙트럼의 초미세 구조는 광학의 발전이 양자와 무관할 수 없음을 의심할 여지 없이 보여주었다. 물리학.

현대 광학에서 빛 양자 개념은 빛의 파동 개념에만 국한되지 않고, 하이젠베르크, 슈뢰딩거, 디랙, 파인만, 슈윙거, 토모나가 신이치로가 창안한 개념의 도움이 필요합니다. 발전된 양자역학과 양자전기역학은 이 둘을 통합할 수 있다. 그들의 이론을 적용하면 원자 스펙트럼, 분자 스펙트럼 및 이온 스펙트럼이 명확해질 수 있으며, 스펙트럼에 대한 전기장, 자기장 및 음향장의 영향을 설명할 수 있으며 여기 조건과 스펙트럼 특성 간의 관계를 확립할 수 있습니다. 광학의 역사를 보면 현대 물리학에서 가장 중요한 두 가지 기본 이론인 양자역학과 특수 상대성이론은 둘 다 빛에 대한 인간의 연구에서 탄생하고 발전했음을 알 수 있습니다.

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