각스펙트럼법 (Angular Spectrum Method)
한 줄 정의: 한 평면의 광 파동을 여러 방향으로 진행하는 평면파들의 합으로 분해하고, 각 성분을 따로 전파시켜 다시 더함으로써 빛의 전파를 계산하는 방법입니다.
쉽게 풀면
여러 방향에서 동시에 울리는 여러 개의 순수한 음을 합쳐서 복잡한 소리를 만드는 것처럼, 어떤 복잡한 빛의 무늬도 여러 방향으로 곧게 나가는 단순한 평면파들이 겹쳐진 것으로 생각할 수 있습니다. 각스펙트럼법은 특정 평면 위의 빛의 모양을 이런 단순한 평면파 성분들로 쪼갠 뒤, 각 성분이 목표 지점까지 진행했을 때 어떻게 변하는지 계산하고, 마지막에 다시 합쳐서 원래 빛이 다음 지점에서 어떤 모양이 되는지 알아내는 계산법입니다.
왜 중요한가
이 방법은 회절이나 근접장 전파를 정확하게 계산할 수 있고, 컴퓨터로 빠르게 계산하는 고속 푸리에 변환(FFT)과 잘 맞아떨어져, 홀로그래피, 광학 시뮬레이션, 근접장 광학 등에서 폭넓게 사용되는 실용적인 계산 도구로 다뤄집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"각스펙트럼법을 이용하여 개구 평면에서의 근접장 회절 패턴을 수치적으로 계산하였다."
이 계산법으로 빛이 가까운 거리에서 어떻게 퍼지는지 시뮬레이션했다는 뜻입니다.
"홀로그램 재생 시 각스펙트럼법을 적용하여 임의의 전파 거리에서의 파면을 복원하였다."
홀로그램 데이터를 이용해 원하는 거리에서의 빛의 모습을 계산해냈다는 설명입니다.
조금 더 깊게 보면
각스펙트럼법은 파동방정식을 푸리에 변환한 뒤, 각 공간 주파수 성분(평면파 성분)마다 전파에 따른 위상 변화를 곱해주고 다시 역변환하는 절차로 구현됩니다. 이 방법은 근축 근사를 따로 가정하지 않기 때문에, 프레넬 근사가 성립하지 않는 매우 가까운 거리에서의 전파도 정확하게 다룰 수 있다는 장점이 있습니다.
주의할 점
수치 계산에서 표본화(샘플링) 간격과 계산 영역의 크기를 적절히 설정하지 않으면 에일리어싱 같은 오차가 발생할 수 있어, 실제 구현 시 이런 수치적 제약을 함께 고려해야 합니다.