결맞음 (Coherence)
쉽게 풀면
여러 사람이 박수를 칠 때 각자 제멋대로 치면 소리가 뒤섞여 뭉개지지만, 모두 같은 박자에 맞춰 치면 또렷한 박자가 만들어집니다. 빛도 마찬가지로 파동의 마루와 골이 일정한 규칙을 유지하며 진행할 때 결맞음이 좋다고 말합니다. 레이저처럼 결맞음이 좋은 빛은 서로 겹쳤을 때 또렷한 간섭무늬를 만들 수 있지만, 백열등처럼 결맞음이 낮은 빛은 여러 위상이 뒤섞여 있어 뚜렷한 간섭무늬를 만들기 어렵습니다.
왜 중요한가
결맞음은 간섭이나 홀로그래피처럼 파동의 위상 정보를 활용하는 모든 광학 기술의 성능을 좌우하는 근본적인 성질이기 때문에 레이저공학과 정밀 계측 논문에서 핵심적으로 다뤄집니다. 결맞음의 정도에 따라 사용할 수 있는 측정 방식과 얻을 수 있는 정밀도가 달라지기 때문입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
광원이 간섭무늬를 만들 수 있는 경로 차이의 한계를 결맞음 길이로 나타낸 예문입니다.
결맞음이 낮은 광원이 오히려 특정 응용에서는 원치 않는 간섭 잡음을 줄이는 데 유리하게 쓰이는 사례를 보여주는 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
결맞음은 시간에 따른 위상 안정성을 뜻하는 시간적 결맞음과, 공간상의 여러 지점 사이 위상 관계를 뜻하는 공간적 결맞음으로 구분됩니다. 레이저는 일반적으로 시간적, 공간적 결맞음이 모두 매우 높은 반면, 태양광이나 백열등 같은 일반 광원은 결맞음이 낮은 것으로 알려져 있습니다.
주의할 점
결맞음이 높은 것이 항상 유리한 것은 아니며, 영상 잡음인 스펙클처럼 결맞음이 오히려 원치 않는 부작용을 낳는 경우도 있으므로 응용 목적에 따라 요구되는 결맞음 수준이 다르다는 점에 유의해야 합니다.