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광원
광원(光源, light source)은 빛을 내는 물체 또는 도구. 경우에 따라서는 빛을 받아 그것을 반사하는 물체를 이르기도 한다.
목차
개요
광원은 태양과 같이 자체적으로 빛을 생성하거나 달처럼 태양빛을 반사하여 빛을 내는 천체, 전등, 네온사인, 발광 다이오드처럼 인공적으로 빛을 내도록 만든 기구 등을 말한다. 전등과 같은 일부 조명 장치들은 오목거울과 같은 구조물로 되어 빛을 모아 반사하여 일정한 방향으로 비추도록 하는 제품들이 있다. 손전등을 예로 들 수 있으며 자동차의 헤드라이트도 마찬가지이다.
대부분의 광원에서는 다양한 파장의 빛이 섞여 나온다. 태양광은 무지개 색깔의 가시광선과 적외선, 자외선 등을 포함하고 있으며, 촛불이나 모닥불은 파장이 긴 가시광선을 발산하여 노르스름하거나 붉은색을 띤다. 형광등은 가시광선 영역의 대부분을 방출하지만 파장이 짧은 푸른빛이 더 많이 포함되어 약간 푸르스름하게 보인다. 수은등, 나트륨등 같은 가스등은 비교적 좁은 영역의 파장을 갖는 빛을 방출하여 일정한 색을 띤다. 특히 레이저는 한 가지 파장의 빛을 생성하여 특정한 색깔만 나타낸다.
이처럼 광원이 내는 빛의 성분은 광원의 종류에 따라 큰 차이를 보인다. 빛의 세기를 파장에 따라 분류한 것을 빛의 스펙트럼이라고 하고, 이것을 분석하면 광원을 구분할 수 있다. 조명에 따라 사물의 색이 달라 보이는 것은 광원에 포함된 빛의 성분이 다르기 때문이다.[1]
분류
광원은 빛을 발생하는 물체를 총칭하며 태양을 비롯하여, 반디 등의 생물에서 양초, 백열전구, 형광램프, 레이저 발광물체까지 여러 종류를 포함한다. 태양과 같은 자연적인 광원과 조명 장치와 같은 인공적인 광원들이 있다.
광원은 적외선, 가시광선, 자외선 등을 방사하는 복사체이며 열 또는 전기 에너지 등을 직접 혹은 간접적으로 복사 에너지로 변환하는 것이다. 복사의 기구에 따라 분류하면 열복사에 의한 것과 방전에 의한 것으로 크게 나뉜다. 전자는 주로 가시 영역 및 적외 영역의 광원으로 이용되며, 후자는 주로 자외 영역 및 가시 영역의 광원으로 이용된다.
자연 광원
자연 광원으로 대표적으로 들 수 있는 햇빛은 3000Å에서 긴 파장에 이르는 연속 스펙트럼을 주는데, 자유롭게 억제하는 것이 어려우므로 특별한 경우 외에는 연구용 광원으로는 사용되지 않는다.
인공 광원
인공 광원은 인공적으로 만들어 설치한 장치들이며 다양한 종류가 있다. 대표적으로 조명을 들 수 있으며 대부분 열복사와 전기 방전에 의한다.
또 전자선 기타에 의한 형광 발광을 이용한 광원, 예를 들면 전기장 발광판, 형광등 등은 연속 스펙트럼 또는 거기에 휘선(輝線)을 포함한 것인데, 휘도가 낮고 일반 조명용 광원에는 사용되지만 광화학, 분광학 등의 연구용 광원으로는 적당하지 않다. 일반적으로 연구용 광원으로는 요구되는 파장의 빛을 얻을 수 있는 것, 광도 및 휘도가 크고 안정성이 충분한 것 등이 필요하다.
스펙트럼 분포로 말하면 연속 스펙트럼 광원과 불연속 스펙트럼 광원(또는 휘선 스펙트럼 광원)으로 나눈다. 전자는 주로 흡수 스펙트럼의 연구에 이용되고, 후자는 주로 발광 스펙트럼 또는 개개의 화학 반응 연구, 분광기의 파장 교정 등에 이용된다. 그 외 연속 스펙트럼에 휘선 스펙트럼이 중첩된 것이 있고, 기체를 고압으로 봉입한 방전관은 모두 여기에 속한다. 기체 중의 방전은 적용하는 전압에 따라 글로 방전, 아크 방전, 스파크 방전이 된다. 분광학의 연구 대상은 이들 방전에 의한 광원이 이용되고, 일반 광원으로는 주로 아크 방전에 의한 것이 이용된다. 주요 광원은 아래의 표와 같다.[2]
종류 명칭 영역 스펙트럼 분포 적요 열복사에 의한 것 백열전구 근적외 및 가시 영역 연속 스펙트럼 글로바등, 네른스트 램프, 가열한 니크롬선, 맨틀 부착 가스등 2~40μ의 적외 영역 연속 스펙트럼 백열된 백금 리본 40~500μ의 원적외 영역 연속 스펙트럼 백금 표면에 수정 가루를 발라 발광성을 좋게 한 후에 백금 리본을 백열한다. 섬광 전구 가시 및 근적외 영역 연속 스펙트럼 알루미늄박의 순간 연소에 의한다. 방전에 의한 것 카본 아크등 가시 영역, 근자외, 근적외를 포함한다. 연속 스펙트럼 안정성이 적다. 수은 램프 주로 자외 및 가시 영역 휘선 스펙트럼 수은 증기 중의 방전에 의한다. 40~500μ의 원적외 영역 연속 스펙트럼 수정창을 이용한다. 수소 방전관 자외 및 가시 영역 휘선 스펙트럼, 자외부의 연속 스펙트럼 수소 속의 방전. 수mmHg 이하의 압력인 것은 휘선 스펙트럼, 10mmHg 정도의 압력인 것은 자외부의 연속 스펙트럼을 얻을 수 있다. 카드뮴램프, 나트륨램프, 네온램프 주로 가시 영역 휘선 스펙트럼 카드뮴 증기 속의 방전, 나트륨 증기 속의 방전, 네온의 글로 방전, 휘도가 매우 작다. 크립톤 전구, 크세논 방전관 자외 및 가시 영역 휘선 스펙트럼 기체 속의 방전, 수십 기압의 고압 크세논 방전관은 연속 스펙트럼이 되고 자외, 가시부 모두 매우 강하다. 섬광 전구 주로 가시, 근적외, 근자외를 포함한다. 연속 스펙트럼에 휘선 스펙트럼을 포함한다. 크세논 방전관의 순간 방전에 의한다.
특수 인공 광원
광섬유
광섬유 같은 경우는 쉽게 이해하려면 가는 아주 고운 낚싯줄이라고 생각하시면 될 것 같다. 가늘고 긴 유리나 플라스틱 섬유를 이용한 조명이다. 스스로 빛을 내는 것이 아니라 한쪽 끝에 빛을 쐬어주게 되면 빛의 섬유를 한끝을 통과해서 종합 내 반사가 일어난다. 반사가 일어나서 종합 내 반사 과정을 통해서 다른 한끝으로 강한 빛을 통과시켜서 광원으로 이용하는 조명이라고 이해를 하시면 될 것 같다. 그래서 여러 가닥을 사용하면 굉장히 효과적이다.
자세히 살펴보면 코어(Core)와 클래딩(Cladding)으로 구성돼 있다. 코어를 코팅된 클래딩이 감싸는 구조로 이해를 하시면 될 것 같다. 광섬유 같은 경우는 휘어져 있어도 빛이 광섬유 밖으로 빠져나가지 못한다. 내부 안에서 계속 반사, 반사를 하기 때문에 빛의 진로를 마음대로 유도할 수 있어서 장식용 램프, 내시경, 광통신에 굉장히 많이 이용되는 광원이라고 이해하시면 될 것 같다.
네온
네온 하면 네온사인이 바로 생각날 것이다. 이 네온이라는 무색무취의 비활성 기체를 이용한 광원이라고 이해하시면 될 것 같다. 네온은 낮은 압력에서 전류를 통하면 굉장히 강한 오렌지색의 휘선 스펙트럼이 나타나게 된다. 그 특성을 이용해서 광원으로 만든 광원이라고 생각하시면 될 것 같다. 크게 네온등과 네온사인, 네온관 등으로 많이 활용이 된다.
레이저
레이저 광선은 들뜬 원자나 분자를 외부에 자극해서 장단(결)이 맞는 빛을 방출하게 함으로써 큰 증폭률로 증폭을 해서 이용되는 빛이라고 이해하면 된다. 어떤 자극을 담은 방사능 또는 빛의 증폭에 의해서 만들어진 광선이라서 조명기구 안에 공진기, 광 증폭기, 펌프를 집어넣어서 빛을 모은 다음에 좁은 구멍, 슬릿을 통과한다.
좁은 구멍을 통과해서 증폭을 시켜서 굉장히 멀리 강하게 보내는 그런 조명이라고 이해를 하시면 될 것 같다. 이런 레이저는 보통 우리가 여러 가지 종류가 있지만 그중에서도 조명 연출에 이용되는 것은 홀로그래피로 이용한다든지 아니면 광통신을 이용한다거나 아니면 산업적으로 마케팅이나 무대조명, 쇼, 경관 연출 등에 많이 이용된다.[3]
광원과 색
어둠 속에서는 색을 지각할 수 없기 때문에 광원에 나오는 빛이 없으면 색은 존재하지 않는다. 따라서 인간이 색을 느끼기 위해서는 다음과 같은 요소가 필요하며 광원은 색의 3요소 중 하나이다.
- 가시광선을 복사하는 광원
- 광원에서 나오는 광선을 반사하거나 투과시키는 물체
- 광선을 지각하는 인간의 감각기관(관찰자, 눈)
이 세 가지 광원, 물체, 시각을 색의 3요소라고 한다. 인간의 눈으로 볼 수 있는 것은 가시광선 영역이지만 빛이 색 그 자체는 아니다. 빛은 ‘눈의 망막을 자극해서 시감각을 일으킬 수 있는 복사’라고 정의할 수 있는 만큼 눈에 들어온 빛에 대해 눈의 망막이 자극을 받고 뇌가 반응함으로써 처음으로 ‘색’이라는 개념이 생긴다.[4]
응용 분야
광원 기술은 빛 에너지를 사용하여 응용분야별로 연관된 소재, 부품, 모듈 및 시스템 분야이다. 특히, 20세기부터 전기에너지를 광으로 변환하는 학문적 원리가 주류를 이루면서 전기에너지 변환 시스템으로 위치하고 있다. 응용분야는 광원의 방사 파장의 영역에 의해 산업용 및 반도체 공정용 등의 자외선 부문, 조명용 및 디스플레이 등 가시광선 부문, 그리고 의료용 및 전열용 등의 적외선 부문으로 구분 가능하다.[5]
동영상
각주
- ↑ 〈광원〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈광원〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 앱딜, 〈특수 인공광원 종류와 특징(광섬유, 네온, 레이저 광선)〉, 《티스토리》, 2022-07-28
- ↑ 실버, 〈색채란 무엇인가〉, 《네이버 블로그》, 2010-08-30
- ↑ 〈광원의 기술적 분류〉, 《코리아 사이언스》
참고 자료
- 〈광원〉, 《네이버 지식백과》
- 〈광원〉, 《네이버 지식백과》
- 앱딜, 〈특수 인공광원 종류와 특징(광섬유, 네온, 레이저 광선)〉, 《티스토리》, 2022-07-28
- 실버, 〈색채란 무엇인가〉, 《네이버 블로그》, 2010-08-30
- 〈광원의 기술적 분류〉, 《코리아 사이언스》
같이 보기
