전자기파의 전송
전자기파의 전송은 한 매질에서 다른 매질로 또는 두 매질 사이의 경계에서 발생하는 전자기파의 이동 과정을 말합니다. 전자기파가 두 매질의 경계를 만나면 일부는 반사되고 일부는 두 번째 매질로 전송됩니다. 전자기파의 전송은 매질의 특성, 입사각, 파장의 편광 등 여러 요소에 의존합니다.
전송 계수
전송 계수(T)는 경계에서 입사된 전력의 전송되는 비율을 나타내는 무차원 수량입니다. 이는 반사 계수(R)와 상보적이며, 반사 계수는 경계에서 반사된 입사 전력의 비율을 나타냅니다. 전송 계수와 반사 계수의 합은 1입니다: T + R = 1
정상 입사(θi = θr = 0)의 경우, 전기장의 전송 계수(진폭 전송 계수라고도 함)는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:
T = 1 – |(n1 – n2) / (n1 + n2)|2
여기서 n1과 n2는 각각 첫 번째와 두 번째 매질의 굴절률입니다.
정상 입사가 아닌 경우, 전송 계수는 입사된 파의 편광(TE 또는 TM)에 따라 달라지며, 프레넬 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
전송 계수의 예
다양한 인터페이스에 대한 전송 계수의 예를 다음과 같이 들 수 있습니다:
- 공기에서 유리로: 공기(n1 ≈ 1.0003)에서 왕관 유리(n2 ≈ 1.52)로 정상 입사할 때, 전송 계수는 대략 T ≈ 1 – |(1.0003 – 1.52) / (1.0003 + 1.52)|2 ≈ 0.961입니다. 이는 입사된 광 전력의 약 96.1%가 공기-유리 경계를 통해 전송된다는 것을 의미합니다.
- 유리에서 공기로: 왕관 유리(n1 ≈ 1.52)에서 공기(n2 ≈ 1.0003)로 정상 입사할 때, 전송 계수는 대략 T ≈ 1 – |(1.52 – 1.0003) / (1.52 + 1.0003)|2 ≈ 0.961입니다. 여기서도 입사된 광 전력의 약 96.1%가 유리-공기 경계를 통해 전송됩니다.
- 공기에서 물로: 공기(n1 ≈ 1.0003)에서 물(n2 ≈ 1.33)로 정상 입사할 때, 전송 계수는 대략 T ≈ 1 – |(1.0003 – 1.33) / (1.0003 + 1.33)|2 ≈ 0.977입니다. 약 97.7%의 입사된 광 전력이 공기-물 경계를 통해 전송됩니다.
- 물에서 공기로: 물(n1 ≈ 1.33)에서 공기(n2 ≈ 1.0003)로 정상 입사할 때, 전송 계수는 대략 T ≈ 1 – |(1.33 – 1.0003) / (1.33 + 1.0003)|2 ≈ 0.977입니다. 이 경우에도 약 97.7%의 입사된 광 전력이 물-공기 경계를 통해 전송됩니다.
- 공기에서 다이아몬드로: 공기(n1 ≈ 1.0003)에서 다이아몬드(n2 ≈ 2.42)로 정상 입사할 때, 전송 계수는 대략 T ≈ 1 – |(1.0003 – 2.42) / (1.0003 + 2.42)|2 ≈ 0.833입니다. 약 83.3%의 입사된 광 전력이 공기-다이아몬드 경계를 통해 전송됩니다.
전자기파 전송의 실용적 응용
전자기파 전송은 다음과 같은 다양한 실용적 응용 분야에 활용됩니다:
- 안테나: 무선 통신 시스템, 예를 들어 라디오, 텔레비전, 모바일 네트워크에서 공기를 통한 라디오 파동의 전송이 필수적입니다. 안테나는 이러한 전자기파를 효과적으로 전송하고 수신하기 위해 특별히 설계되었습니다.
- 창문 및 필터: 광학에서 특정 전송 특성을 가진 재료는 특정 파장 또는 편광의 빛을 선택적으로 전송하기 위한 창문 또는 필터를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 이는 사진, 현미경, 분광학 등의 응용에 유용합니다.
- 광섬유: 광섬유를 통한 광 신호의 전송은 고속 통신 시스템에 필수적입니다.
- 온실 효과: 지구 대기를 통한 태양 복사의 전송과 온실가스에 의한 이후 흡수는 지구의 온난화에 기여합니다. 다양한 가스의 전송 특성과 그것들이 기후에 미치는 영향을 이해하는 것은 지구 온난화 문제를 해결하는 데 필수적입니다.
- 의료 영상: 인체를 통한 전자기파의 전송은 X-레이 및 자기 공명 영상(MRI)과 같은 다양한 의료 영상 기술에 활용됩니다. 이러한 방법들은 다양한 의학적 상태를 비침습적으로 진단하고 모니터링하는 데 도움이 됩니다.
