교과과정 > 연세대학교 광과학·공학과

이수 가능 교과목

구분	내용
필수 교과목	전자기학 (I) 전자기학 (II) 렌즈설계 (I) 렌즈설계 (II)
	간섭 및 회절 광학 광학부품소재 특론 (I) 광학부품소재 특론 (II)
	광과학∙공학 세미나 (I) 광과학∙공학 세미나 (II) 연구방법론 연구지도
선택 교과목	푸리에광학 레이저분광학 비선형광학 광소자물리 포토닉스 광학재료 광학기술응용 광전자공학응용 디지털 전자회로 등
실험•실습	Analog 회로 설계 및 Nano-Stage 구동회로 제작 ToF LiDAR 회로 설계, 제작 및 성능 측정 In-Direct LiDAR 회로 설계, 제작 및 성능 측정 PSI 간섭장치 구성 및 측정 LabVIEW 기반 비선형광학 시스템 구성 및 기판 특성 분석 MTF 장치 활용 및 측정 Python & Deep Learning 기반 렌즈 설계 프로그램 CODE V 기반 렌즈 설계 및 공차 분석 Zemax 기반 렌즈 설계 Light Tools 기반 조명광학계 설계 COMSOL 기반 메타렌즈 설계

학기별 이수 교과목 및 실험 실습

1학년

	겨울학기	1학기	여름학기	2학기
필수 교과목		전자기학 (I)3학점 렌즈설계 (I : 이론)3학점 부품소재 특론 (I)3학점 광과학∙공학 세미나 (I)1학점		전자기학 (II)3학점 렌즈설계 (II : 실무)3학점 부품소재 특론 (II)3학점 간섭 및 회절 광학3학점
실험 및 실습	Analog Electronics Nano-Stage 구동 회로 설계 및 제작	Digital Electronics & FPGA ToF LiDAR 회로 설계, 제작 및 구동	Python & Deep Learning GUI & Indirect LiDAR 회로 설계 Code V 활용 렌즈 설계	Indirect LiDAR 제작 및 구동 Code V 이용 광학계 설계

2학년

	겨울학기	3학기	여름학기	4학기
필수 교과목		연구방법론1학점		광과학∙공학 세미나 (II)1학점 연구지도
선택 교과목		푸리에광학, 레이저분광학, 비선형광학, 광소자물리, 포토닉스, 광학재료, 광학기술응용, 광전자공학응용, 디지털 전자회로 중 택 2		푸리에광학, 레이저분광학, 비선형광학, 광소자물리, 포토닉스, 광학재료, 광학기술응용, 광전자공학응용, 디지털 전자회로 중 택 1
실험 및 실습	Zemax 기반 렌즈 설계 Light Tools 기반 조명광학계 설계 MTF 장치 활용 및 측정 COMSOL 기반 메타렌즈 설계		LG이노텍 인턴 프로그램 참가 PSI 간섭장치 구성 및 측정 LabVIEW 기반 비선형 광학 시스템 구성 및 기판 특성 분석

전공과목 소개

전자기학 (I)

맥스웰 방정식을 바탕으로 공간에 주어진 전하 분포와 경계 조건 속에서 전위와 전장을 구하는 문제를 통해 편미분방정식 및 고등 수학적 기법을 학습한다.

Introduces partial differential equations and advanced mathematical methods through the analysis of electric potentials and electric fields generated by prescribed charge distributions under given boundary conditions, based on Maxwell's equations.

전자기학 (II)

맥스웰 방정식을 바탕으로 빛의 반사와 굴절, 산란, 도파로 구조, 빛과 물질과의 광학적 상호작용 등의 물리적 현상을 이해하고, 고급 수학 도구를 활용하여 분석하는 기법을 학습한다.

Studies a comprehensive understanding of the physical phenomena of light—including reflection, refraction, scattering, waveguide structures, and light–matter interactions—based on Maxwell's equations and learns advanced mathematical techniques for their rigorous analysis.

렌즈설계 (I) : 기하광학 및 수차 이론

렌즈, 프리즘, 거울, Gaussian Image Formation, Paraxial Image Formation, Ray Tracing, Aberration 등에 관한 기본 원리를 습득한다.

Introduces the basic principles of geometrical optics, including lens, prism, gaussian image formation, paraxial image formation, ray tracing, and aberration.

렌즈설계 (II) : CODE V 실무 실습

스마트폰 카메라 렌즈, 줌 렌즈 등 다양한 렌즈 설계 이론을 학습하고, Code V를 이용한 렌즈 설계 실무 능력을 습득한다.

Studies the theory of various lens designs, including smart phone camera lenses and zoom lens, and provides practical experience in lens design using Code V.

간섭 및 회절 광학

빛의 파동적인 성질에 관한 기본 개념을 체계적으로 학습함으로써 광학과 관련한 연구, 개발 및 응용에 대한 폭넓은 지식을 습득한다. 다루는 주제는 전자기파, 파동 방정식, 중첩, 편광, 간섭, 그리고 프라운호퍼 및 프레넬 회절과 같은 회절 현상을 포함한다.

Develops a comprehensive understanding of the wave nature of light and its application to modern optical sciences. Topics include electromagnetic waves, the wave equation, superposition, polarization, interference, and diffraction phenomena such as Fraunhofer and Fresnel diffraction.

광과학∙공학 부품소재 특론 (I) & (II)

광학 부품 및 소재 개발 전문가들의 특별 강연 시리즈를 통해, 현재 산업 동향과 미래 연구 방향에 대한 통찰력을 습득한다.

Provides a special lecture series by experts in optical component and material development, offering insights into current industry trends and future research directions.

광과학∙공학 세미나 (I) & (II)

광과학∙공학 관련 분야의 세미나 수강하고, 세미나 발표 내용과 관련한 자료를 수집 정리함으로써 최근 연구 개발 동향을 습득한다.

Explores recent R&D trends in the field of optics and photonics through seminars, presentations, and discussions on related literature.

연구방법론

학술논문, 특허, 학술발표자료 확보 및 정리 방법, 학술논문 작성법 및 올바른 인용 방법 등을 습득한다.

Acquires the skills to search for, organize, and manage academic literature, patents, and conference presentation materials, and learns the principles of academic writing and proper citation practices.

실험 및 실습 교과과정

Analog 회로 설계 및 Nano-Stage 구동회로 제작

빛의 회절 한계를 넘어 나노미터 스케일의 세계를 관찰하는 첨단 시스템을 다룬다. 이 시스템의 핵심은 나노 단위의 위치를 정밀하게 제어하는 압전소자(Piezo) 스캐너와 미세한 광학 신호를 감지하는 검출기를 구동하는 고정밀 아날로그 회로에 있다. 우리 학과에서는 대표적으로 주사 근접장 광학 현미경(NSOM) 시스템을 통해, 학생들이 직접 고전압 증폭기와 같은 아날로그 제어 회로를 이해하고 설계하며, 노이즈를 최소화하는 신호처리 능력을 기를 수 있도록 교육한다. 이를 통해 복잡한 아날로그 시스템의 통합 및 제어에 대한 깊이 있는 실무 역량을 갖추게 된다.

ToF LiDAR 회로 설계, 제작 및 성능 측정

레이저 펄스가 대상에 도달했다가 돌아오는 짧은 시간을 나노초(ns) 단위로 정밀하게 측정하여 거리 정보를 획득하는 시스템을 연구한다. 이처럼 초고속으로 시간을 디지털 정보로 변환하기 위해서는 디지털 전자회로에 대한 깊은 이해가 필수적이다. 본 실습에서는 학생들이 FPGA(Field-Programmable Gate Array) 기초부터 학습하여, VHDL/Verilog와 같은 하드웨어 기술 언어를 이용해 직접 TDC(Time-to-Digital Converter)를 설계하고 구현한다. 이를 통해 고속 디지털 시스템 설계 및 검증 능력을 함양하고, 자율주행 및 로보틱스 분야의 핵심 기술인 Direct LiDAR의 동작 원리를 체득하게 된다.

In-Direct LiDAR 회로 설계, 제작 및 성능 측정

연속적인 빛의 파형을 변조하여 송신하고, 반사되어 돌아온 빛과의 위상차(Phase-Shift)를 측정하여 거리를 계산하는 정밀 센싱 기술을 다룬다. 이 방식의 핵심은 강력한 노이즈가 섞인 연속적인 아날로그 신호 속에서, 내가 보낸 특정 주파수의 성분만을 정확히 분리해내는 신호처리 기술에 있다. 학생들은 변조된 광신호를 생성하고, 수신된 신호에서 위상 정보를 추출하기 위한 회로를 직접 다루게 된다. 이 과정을 통해 노이즈 환경 속에서 미세 신호를 정밀하게 측정하는 Indirect LiDAR 시스템의 원리를 배우고, 첨단 계측 장비에 요구되는 신호처리 실무 능력을 종합적으로 학습한다.

Phase Shifting Interferometer 장치 구성 및 측정

Phase Shifting Interferometer(PSI)의 기본 원리와 장치 구성을 이해하고, 광원, 빔스플리터, 기준면, 측정면, 위상 변조기, CCD/CMOS 카메라 및 데이터 처리 시스템의 기능과 역할을 학습한다. 위상 이동 기법을 이용하여 간섭무늬를 획득하고, 위상 복원 알고리즘을 통해 광학 부품의 형상, 표면 오차 및 파면을 정밀 측정하는 방법을 익힌다. 또한 측정 정확도와 반복성에 영향을 미치는 진동, 정렬 오차, 환경 변화 등의 요인을 분석하고, 측정 결과의 정량적 해석 및 신뢰성 평가 방법을 학습하여 고정밀 광학 계측 기술의 실제 응용 능력을 배양한다.

고분해능 비선형광학 시스템 구성 및 기판 특성 측정

고분해능 비선형광학 시스템의 구성 원리와 동작 특성을 이해하고, 레이저 광원, 광학계, 비선형 결정, 검출기 및 신호 처리 장치의 설계와 정렬 방법을 학습한다. SHG, THG, TPE 발생 등의 비선형광학 현상을 이용하여 반도체, 유전체 및 기능성 박막 기판의 결정 구조, 표면 및 계면 특성, 결함 분포를 정밀 분석하는 기법을 익힌다. 또한 측정 신호의 해석, 공간 분해능과 감도 향상 방법, 오차 요인 분석 및 데이터 처리 기법을 학습하여 첨단 광학 계측 시스템의 연구 및 산업 응용 능력을 배양한다.

MTF 장치 활용 및 측정

MTF의 기본 개념과 광학영상의 해상력 및 영상 품질 평가 원리를 이해하고, MTF 측정 장치의 구성과 작동 원리를 학습한다. 또한 실제 광학계의 MTF 측정 실습을 통해 장비 활용 능력을 배양하고, 렌즈 및 광학시스템의 성능 분석과 품질 관리에 적용할 수 있는 실무 역량을 함양한다.

CODE V 기반 렌즈 설계

CODE V를 활용하여 렌즈 시스템을 설계하는 전 과정을 학습한다. 초기 광학계 모델 구축, 최적화 기법, 수차 보정 및 성능 평가 방법을 익히고, MTF, Spot Diagram, Wavefront 등 주요 성능 지표를 분석한다. 또한 제조 및 조립 과정에서 발생하는 오차를 고려한 공차 분석 기법을 통해 광학계의 민감도를 평가하고, 생산성과 성능을 동시에 만족하는 최적의 설계 방안을 도출하는 실무 중심의 설계 능력을 배양한다.

Zemax 기반 렌즈 설계 및 공차 분석

Ansys Zemax OpticStudio를 활용하여 광학계의 렌즈 설계 원리와 최적화 기법을 학습하고, 실제 광학 시스템 설계에 필요한 공차 분석 방법을 익힌다. 수차 보정, 성능 평가(MTF, Spot Diagram, Wavefront 등), 최적화 기법을 실습 중심으로 다루며, 제작 및 조립 오차가 광학 성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석한다. 또한 제조 가능성을 고려한 신뢰성 높은 광학 설계 능력을 배양하여 산업 현장에서 활용 가능한 실무 역량을 강화한다.

Light Tools 기반 조명광학계 설계

LightTools를 활용하여 조명 및 비영상 광학계의 설계 원리와 성능 해석 기법을 학습한다. 광원 모델링, 광선 추적, 조도 및 휘도 분석, 광효율 최적화 등 실제 조명 시스템 설계에 필요한 핵심 기능을 실습 중심으로 익히며, 또한 LD 조명 광학계를 바탕으로 설계 최적화와 신뢰성 향상 기법을 습득하여 산업 현장에서 활용 가능한 실무 역량을 배양한다.

COMSOL 기반 메타렌즈 설계

COMSOL Multiphysics를 활용하여 메타렌즈의 설계 원리와 전자기 해석 기법을 학습한다. 메타표면의 위상 제어 원리와 서브파장 구조의 광학 특성을 이해하고, 유한요소법(FEM) 기반 전자기 시뮬레이션을 통해 단위 셀(Unit Cell) 설계, 위상 분포 최적화 및 집속 특성을 분석한다. 이를 통해 차세대 초박형 광학소자 설계 역량과 메타광학 기반 디바이스 개발에 필요한 실무 능력을 배양한다.

Python 기반 Deep Learning

Python 프로그래밍의 기초부터 딥러닝 모델 구현 및 응용까지 체계적으로 학습한다. 특히 데이터 처리와 시각화, 객체지향 프로그래밍, 머신러닝의 기본 개념을 익힌 후 TensorFlow와 PyTorch를 활용한 신경망, CNN, RNN, Transformer 등 최신 딥러닝 알고리즘을 학습하고, 이를 기반으로 딥러닝 기반 렌즈 설계 알고리즘 응용 사례를 구현하여 실제 연구와 산업 현장에서 활용 가능한 AI 개발 역량 및 문제 해결 능력을 배양한다.