회절 (Diffraction)
한 줄 정의: 빛이 좁은 틈이나 장애물의 가장자리를 지날 때 직진하지 않고 휘어져 퍼져나가는 파동 특유의 현상입니다.
쉽게 풀면
빛이 항상 곧게만 나아간다면 좁은 문틈으로 들어오는 빛도 문틈 모양 그대로의 그림자만 만들어야 하지만, 실제로는 그림자 가장자리가 살짝 번지고 무늬가 생기는 것을 볼 수 있습니다. 이는 빛이 파동의 성질을 가지고 있어서 좁은 틈이나 물체의 가장자리를 지날 때 마치 물결이 좁은 입구를 지나며 부채꼴로 퍼지듯 휘어져 나가기 때문입니다. 틈이 좁을수록, 파장이 길수록 이 퍼짐 현상은 더 뚜렷하게 나타납니다.
왜 중요한가
회절은 렌즈나 조리개로 빛을 아무리 완벽하게 모아도 점 하나로 무한히 작게 모을 수 없는 근본적인 한계, 즉 회절 한계를 만들기 때문에 모든 광학계의 최대 해상도를 결정짓는 핵심 요인으로 다뤄집니다. 또한 회절격자, 홀로그래피 등 여러 광학 소자의 동작 원리이기도 합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"조리개를 축소함에 따라 회절의 영향이 증가하여 오히려 해상도가 저하되는 현상을 관찰하였다."
조리개를 지나치게 좁히면 수차는 줄어도 회절 효과가 커져 오히려 상이 흐려질 수 있음을 보여주는 예문입니다.
"회절격자를 이용하여 입사광을 파장별로 분산시켜 스펙트럼을 측정하였다."
회절 현상을 이용해 빛을 파장별로 나누는 분광 장치의 원리를 설명하는 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
회절 현상은 빛의 진행 방향에 따라 근접장에서 나타나는 프레넬 회절과, 관측면이 충분히 멀리 떨어져 있을 때 나타나는 프라운호퍼 회절로 구분하여 다룹니다. 회절에 의한 최소 분해 가능 거리는 파장과 개구수에 의해 결정되며, 이 한계를 회절 한계라고 부릅니다.
주의할 점
회절은 빛이 파동이기 때문에 항상 존재하는 근본적인 현상이므로, 렌즈나 거울의 품질을 아무리 높여도 완전히 없앨 수는 없다는 점에 유의해야 합니다.