[광��자설][광자설][광검출기][광리소그래피][광디스크]광��자설(광자설), 광검출기, 광리소그래피, 광디스크, 광채널, 광탄성, 광자결정, 광전효과, 광로관, 광속, 광도법 분석

Ⅰ. 광��자설(광자설)

아인슈타인은 이 가설을 당시에 수수께끼로 여겨졌던 광전효과에 적용하여 성공을 거두었다. 광전효과는 전자기파를 발견한 헤르츠에 의해 1887년 발견되었는데, 어떤 금속표면에 보랏빛 광선이나 자외선을 쪼이면 전자가 튀어나오는 현상을 말한다. 여러 가지 실험으로, 다음과 같은 광전효과의 특징을 알아냈다.
1. 금속에 빛을 쪼이면, 양이온은 나오지 않고 전자만 튀어나온다.
2. 금속이 전자를 방출하는 것은 쪼여준 빛의 진동수에 관계한다. 즉, 어떤 `한계 진동수`가 있어서, 그 보다 큰 진동수를 갖는 빛을 쪼일 때에만 전자가 방출된다. 이 한계진동수는 금속의 종류마다 다른 값을 갖는다.
3. 튀어나온 전자의 수는 빛의 세기(intensity)에 비례한다.
4. 튀어나온 전자의 운동에너지는 빛의 세기에 비례하는 것이 아니라 쪼여준 빛의 진동수에 비례한다.
고전 물리학에 의하면, 빛이란 전기장-자기장의 진동(즉 전자기파)으로서, 빛을 쪼였을 때 전자가 튀어나오는 것은, 변화하는 전기장에 의해 전자가 가속되었기 때문이라고 생각할 수 있다. 빛의 세기가 크다는 것은 전기장의 세기가 크다는 것인데, 따라서 쪼여준 빛의 세기가 증가하면, 전자는 보다 세게 퉁겨질 것이라 예상할 수 있다. 그런데, 실험에 의하면, 센 빛을 쪼이면 단지 튀어나오는 전자의 개수가 많아질 뿐, 전자의 에너지는 약한 빛을 쪼일 때 튀어나오는 전자의 에너지왿� 같았다. 또, 고전론에 의하면, 튀어나온 전자의 운동에너지왿� 쪼여준 빛의 진동수는 아무런 관계가 없을 것임에도 불구하고, 실험에서는 비례관계가 나타난 것이다. 고전론으로는 한계진동수도 잘 설명할 수 없었다. 이러한 점들이 고전 전자기학으로는 잘 설명되지 않는 부분이었다. 아인슈타인은 빛을 hν만큼의 에너지를 갖는 덩어리(즉 광자)들의 많은 모임이라고 생각함으로써 이를 설명할 수 있었다. 즉, 진동수 ν인 하나의 광자가 전자에 흡수되면, 전자는 흡수된 광자의 에너지인 hν 만큼 자신의 에너지를 증가시키게 된다는 것이다. 전자는 금속에 붙들려 있기 때문에, 금속으로부터 탈출하기 위해서는 얼마간의 에너지가 필요한데, 이를 아인슈타인은 일함수(work function)라 불렀다.