빛의 응용-홀로그램

홀로그램

우리가 일상생활에서 자주 볼 수 있는 공연이나 영화 같은 예술, 문화 분야에서 홀 로그램이 적용된 사례를 많이 접하게 되어 관심을 가지게 되었다. 예를 들어 영화 아이언 맨에서 아이언 맨 역할을 맡은 로버트다우니 주니어가 홀로그램을 이용해 3차원 모델을 가상으로 슈트를 완성한다.

이처럼 영화나 애니메이션에서 볼 수 있듯이 홀로그램 기술은 우리 생활 속에서 여러 곳에 숨어 있다는 것을 발견할 수 있다. 따라서 우리가 몰랐던 주변의 홀로그램이 쓰이는 예를 더 찾아보고 미래에 흔하고 다수히 적용될 홀로그램의 기술과 원리에 대해 자세히 알아보고자 주제로 선정하게 되었다.

홀로그랩

홀로그램은 3차원 영상

홀로그래피 원리를 이용하여 만들어진다. 즉, 입체상을 재현하는 간섭 줄무늬를 기록한 매체이다. 홀로란 그리스어로 전체를, 그램은 그리스어로 메시지 또는 정보 란 뜻으로, 완전한 사진 이란 의미의 홀로그램은 어떤 대상 물체의 3차원 입체상을 재생하여 여러 각도에서 물체의 모습을 볼 수 있다.

이것은 1948년에 헝가리 태생의 영국 물리학자인 데니스 가보르 가 발표한 논문으로 그 원리가 소개되었다. 당시에는 레이저가 발명되기 전으로 간섭성이 있는 빛을 만들어내지 못해 홀로그램 구현에 많은 어려움을 겪었다. 이후 1960년대 간섭성의 특성을 갖는 He-Ne 레이저 개발로 본격적인 홀로그램 응용 기술이 발전되기 시작해 왔다.

홀로그램은 양질의 입체영상을 필요로 하는 의료, 문화, 예술, 광고 및 전기공학 등의 많은 분야에 응용하기 위한 기술 개발이 활발하며 회절 효율 과학 기술의 한계와 큰 데이터량 등의 기술적 어려움을 해결하기 위해 기업, 대학, 그리고 연구소에서 많은 연구가 진행 중인 분야이다.

홀로그래피의 원리

최근에는 공간과 광원 그리고 물체에 대한 제약이 없는 컴퓨터 홀로그램 분야가 특히 많이 발전하고 있다. 홀로그램이란 빛의 간섭현상을 이용하여 물체를 가지고 있는 입체 정보를 기록 투과 또는 반사, 재현하는 입체영상 기술인 홀로그래피의 원리를 이용하여 만들어진 매체를 말한다.

즉, 홀로그램은 3차원 물체의 정보를 2차원으로 기록하고 빛을 투과 또는 반사를 통해 3차원으로 재현한다. 이 과정에서 3차원 정보를 평면에 기록하는 원리는 다음과 같다.

사람이 물체를 보는 경우 물체에 빛이 조사되어 굴절, 반사, 흡수, 투과 등의 물체의 표면과 빛의 상호작용이 일어난 결과를 보면, 이때 상호작용의 결과로 일부는 산란되고 이 빛은 세기, 위상 및 파장 등의 정보를 가지고 있다.

사람은 이로부터 물체의 명암, 질감, 색, 그리고 입체감 등의 정보를 감지하게 된다. 물체의 명암은 산란된 빛의 세기에 관해 바뀌게 되고, 물체의 색은 빛의 파장에 관해 바뀌게 되고, 물체의 색은 빛의 파장에 관해 바뀌며, 질감과 입체감은 광 경로 차에 의한 위상을 차이로 인해 다르게 느껴진다.

물체를 비추는 빛 물체광

홀로그램은 레이저에서 나온 광선을 2개로 나눠 하나의 빛은 직접 스크린을 비추게 하고, 다른 하나의 빛은 우리가 보려고 하는 물체에 직접 스크린을 비추는 빛을 기준광이라 하고, 물체를 비추는 빛을 물체광이라고 하는데, 물체광은 물체의 각 표면에 반사돼 나오는 빛이므로 물체 표면에 따라 위상파가 각각 다르게 나타난다. 이때 변형되지 않은 기준광이 물체광과 간섭을 일으키며 이때의 간섭무늬가 스크린에 저장된다.

현상한 필름에는 물체의 상이 보이지 않는데 여기에 참조광이나 일반 백색광을 같은 각도로 통과시키면 필름상의 간섭무늬로 빛이 회절하여 똑같은 무늬가 재현된다. 저장된 영상을 다시 재현하려면 기록할 때 사용된 광선을 다시 스크린 건판에 쏘아야 한다.

재생 시 사용하는 광선은 기록 시와 같은 진동수를 가진 파동만이 3차원으로 재현되고, 파장과 위상이 다른 파들은 아무런 효과가 없이 저장된 홀로그램을 통과해 버리기 때문에 기록 시 사용된 기준광과 반드시 정확히 일치해야 한다. 홀로그램은 여러 조각으로 나눌 경우에도 각각의 조각에서도 전체 상을 재현할 수 있으나 조각이 작아질수록 상은 점점 희미해진다.