빔 분할기(beam splitter)를 이용한 홀로그램 디스플레이(holographic display)

먼저, 다음 동영상을 관찰해보세요.

[스마트폰 영상 출처: Hologram video 3d - all in one]

스마트폰 화면 위에 놓인 것은 빔 분할기(beam splitter)라고 불리는 것입니다. 빔은 빛줄기(광선)를 뜻하고 분할한다는 것은 나눈다는 뜻입니다. 따라서 빔 분할기는 빛줄기를 나누는 기구라는 뜻입니다. 빔 분할기는 여러 광학 기기에 사용됩니다. 정육면체 빔 분할기는 다음과 같이 생겼습니다.

[정육면체 빔 분할기].

[정육면체 빔 분할기에 의한 빛줄기의 분할].

육면채 빔 분할기는 2개의 직각 프리즘을 붙인 것입니다. 따라서 2개의 프리즘 사이의 경계면은 바닥과 45^o를 이룹니다.

[직각 프리즘]

한 프리즘의 빗면은 특수한 물질로 코팅되어 있습니다. 이 코팅이 들어온 빛줄기의 일부는 통과시키고 일부는 반사시키는 일을 합니다. 이때에도 반사각과 입사각이 같다는 반사의 법칙이 지켜집니다.

[참조: 빛의 반사]

만약 바닥면에 수직하게 빛줄기가 들어가면 경계면에 45^o로 입사합니다, 따라서 반사각도 45^o가 됩니다.

스마트폰의 영상 위에 빔 분할기를 올려 놓으면 어떤 일이 일어날까요? 영상의 그림의 각 점으로부터 나온 빛은 위 그림처럼 반사됩니다. 만약 여러분의 시선이 아래 그림처럼 바닥과 평행하게 있다면? 경계면에서 반사된 빛이 여러분의 눈으로 들어올 것입니다. 이때 빛은 꺾이지 않고 항상 직진한다고 우리 뇌는 생각합니다. 그래서 화면의 물체로부터 출발한 빛이 눈에 들어오면 뇌는 그림의 점선이 빛이 지나온 길이라고 생각합니다 그 결과 우리는 경계면 뒤에서 물체와 같은 모습의 상(이미지, image)을 봅니다. 상이란 물체는 아니지만 물체와 같은 모습으로 보이는 것입니다.

페퍼의 유령(Pepper’s Ghost)과 홀로그램 피라미드(Hologram pyramid)도 같은 원리를 이용한 예입니다. 그것들에 대해 알고 싶다면 아래 링크를 참조하세요.

[참조: 페퍼의 유령(Pepper’s Ghost)과 홀로그램 피라미드]