어떤 일이 벌어진 걸까요?
유리판 위에 렌즈를 올려놓고 그 위에 단색광(한가지 색깔의 빛)을 비추면 동심원 모양이 무늬가 나타납니다.
이때, 렌즈가 거의 평면에 가까울 정도로 곡률이 없는 경우에 무늬를 확연히 볼 수 있습니다.
이러한 현상의 원인은 렌즈의 곡면과 평면 유리면 사이에 얇은 공기 층에 의해 일어난 것입니다. 여기에 수직으로 단색광을 입사시키면 렌즈의 구면에서 반사한 빛과 유리판의 표면에서 반사한 빛이 서로 간섭을 일으켜 위에서 보면 둥근 간섭무늬가 나타납니다.
상쇄 간섭과 보강 간섭
상쇄간섭
렌즈면과 유리판 사이의 간격이 1/4파장의 짝수배이면, 렌즈면에서 일어난 반사파와 유리판에서 일어난 반사파의 위상이 서로 상쇄되어 어둡게 보입니다.
보강간섭
렌즈면과 유리판 사이의 간격이 1/4파장의 홀수배이면, 렌즈면에서 일어난 반사파와 유리판에서 일어난 반사파의 위상이 서로 합쳐져서 밝게 보입니다.
뉴턴 링 계산식
입사되는 빛의 파장을 λ, 렌즈의 곡률반지름을 R, 렌즈 중심으로부터의 거리를 r이라 하면, 빛의 세기 I는 다음과 같이 나타납니다.
\[ I\, =\, 4{ I }_{ 0 }{ Sin }^{ 2 }(\frac { \pi { r }^{ 2 } }{ \lambda R } ) \]
뉴턴 링 효과의 응용
- 렌즈의 곡면이 균일한지를 검사할 때 응용됩니다.
- 뉴턴 링 현상은 필름 이미지를 스캐너를 통해서 읽어 들일 때 나타날 수 있습니다.
필름이 스캐너의 표면과 정확히 맞닫지 않고 약간 들떠서 일어나는 현상입니다.
필름을 스캐너에 넣을 때, 필름의 겉면이 스캐너의 유리에 직접 맞닿도록 넣으면 이 현상을 방지할 수 있습니다.
(EPSON 컬러 가이드에서 인용)