偏光とは何ですか？ - 物理的 - 2025

偏光は、電磁放射は、伝播方向に垂直な一の平面において振動しています。平面内の振動は、xy平面の偏光の場合と同様に、光波の電場ベクトルが2つの長方形成分の空間に平行に振動することを意味します。

自然光または人工光は、電磁放射の波列であり、その電場は伝播方向に垂直なすべての面でランダムに振動します。放射の一部のみが単一平面での振動に制限されている場合、光は偏光していると言われます。

非偏光の光波が偏光回折格子に衝突するときの、平面内の垂直に偏光された光波。Bob Melish（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg）ウィキメディア・コモンズ

偏光を取得する1つの方法は、単一方向に配向されたポリマー構造からなる偏光フィルターに光線を当て、同じ平面で振動する波だけを通過させ、残りの波を吸収させることです。 。

フィルターを通過する光線は、入射光線よりも強度が低くなります。この機能は、偏光と非偏光を区別する方法です。人間の目は、一方と他方を区別する能力がありません。

光は、波の伝播方向に応じて、直線偏光、円偏光、楕円偏光にすることができます。また、偏光は、反射、屈折、回折、複屈折などの物理的プロセスによっても得られます。

直線偏光

光波の電場が絶え間なく振動し、伝播に垂直な平面で直線を描くとき、​​光は直線偏光されていると言われます。この分極状態では、電界の2つの成分の位相は同じです。

互いに直交する平面内で振動する直線偏波の2つの波を重ね合わせると、別の直線偏波が得られます。得られた光波は、前のものと同じ位相になります。2つの波が同じタイミングで同じ変位を示すとき、それらは同相です。

直線偏光、円偏光、楕円偏光。誘導負荷による。（https://commons.wikimedia.org）

円偏光

電界ベクトルが伝播に対して垂直な同じ平面内で円形に振動する光波は、円偏光されます。この分極状態では、電場の大きさは一定のままです。電界の方向は、時計回りまたは反時計回りです。

偏光の電場は、一定の角周波数ωを持つ円形の経路を表します。

互いに垂直に重ね合わされた2つの直線偏光の光波は、90°の位相差で、円偏光の光波を形成します。

楕円偏光

この偏光状態では、光波の電場は伝播全体に垂直な平面全体の楕円を表し、時計回りまたは反時計回りの回転方向を向いています。

1つが直線偏光でもう1つが円偏光で、位相シフトが90°である、互いに垂直な2つの光波の重ね合わせにより、楕円偏光の光波になります。偏光波は円偏光の場合と似ていますが、電界の大きさが変化します。

反射偏光

反射偏光は1808年にMalusによって発見されました。Malusは、非偏光の光線が十分に研磨された透明なガラスプレートに当たると、光の一部がプレートを通過するときに屈折し、他の部分が反射して、屈折光線と反射光線の間の角度は90°。

反射した光ビームは、伝播方向に垂直な平面で振動することにより直線偏光され、その偏光度は入射角に依存します。

反射光が完全に偏光される入射角は、ブリュースター角（θと呼ばれている_B）

屈折偏光

光の非偏光ビームがブリュースター角（θと入射する場合_Bガラス板のスタックに）、振動の一部は、入射面に垂直なプレートの各々から反射され、振動の残りは屈折します。

最終的な結果は、すべての反射ビームが同じ平面で偏光され、屈折されたビームが部分的に偏光されることです。

表面の数が多いほど、屈折した光線は平面に垂直な振動を失います。最終的に、透過光は、非偏光と同じ入射面で直線偏光されます。

散乱偏光

媒体に懸濁された小さな粒子に当たる光は、その原子構造によって吸収されます。原子と分子に誘導される電界は、入射光の振動面に平行な振動を持っています。

同様に、電界は伝播方向に垂直です。このプロセス中、原子は光子を放出し、光子はすべての可能な方向に偏向されます。

放出された光子は、粒子によって散乱された一連の光の波を構成します。入射光ビームに垂直な散乱光の部分は直線偏光です。平行方向に散乱した光の他の部分は偏光されず、粒子によって散乱された残りの光は部分的に偏光されます。

入射光の波長に匹敵するサイズの粒子の散乱は、レイリー散乱と呼ばれます。このタイプの散乱は、空の青い色または夕日の赤い色を説明することを可能にします。

レイリー散乱は、波長（1 /λの4乗に反比例して依存有する⁴）。

複屈折偏光

複屈折は、方解石や石英など、2つの屈折率を持ついくつかの材料の特性です。複屈折偏光は、光線が複屈折材料に当たると得られ、反射光線と2つの屈折光線に分かれます。

2つの屈折光線のうち、1つは他の光線よりも大きく偏向し、入射面に対して垂直に振動し、もう1つは平行に振動します。両方の光線は、入射面に対して直線偏光で材料から出ます。

参考文献

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5. ボーレン、CFとハフマン、DR。小さな粒子による光の吸収と散乱。カナダ：Jhon Wiley&Sons、1998年。