빛의 편광: 정의, 반사, 굴절 및 산란

편광 선글라스를 착용 할 수도 있지만 이것은 무엇을 의미합니까? 다른 유형의 선글라스와 어떻게 다르며 왜 유용한가요? 빛의 관점에서 편광은 광파를 한 방향으로 향하거나 필터링하는 과정을 의미하며, 이는 볼 수있는 것에 영향을줍니다.

전자기파는 평면에서 진동하는 전 계파로 구성된 횡파입니다. 자기 장파에 수직 (직각), 둘 다 방향에 수직 운동.

전자기 복사는 파동으로 작용하기 때문에 특정 전자기파 또는 광파는 이와 관련된 주파수 및 파장을 갖습니다. 파장과 주파수의 곱은 파동 속도입니다.

그러나 전자기파는 전파 할 매체를 필요로하지 않으므로 빈 공간의 진공 (빛의 속도로 수행)을 통과합니다. 우주).

전자파는 전파, 마이크로파, 적외선, 가시 광선, 자외선, X 선 및 감마선을 포함하여 다양한 종류가 있습니다.

또한 전자기파는 운동 방향에 수직 인 진폭으로 횡 방향이므로 편광 될 수 있습니다. 운동 방향에 수직 인 가능한 많은 평면이 있지만 편파는 다음 중 하나에서만 가로 진폭을 갖습니다. 그들. 음파와 같은 종파는 운동 방향으로 만 변위되므로 편광 될 수 없습니다.

편광되지 않은 광파는 다중 중첩 방향을 가지고 있습니다. 광파는 전기장과 자기장을 모두 가지고 있으며 항상 서로 직각을 이룹니다. 일반적으로 분극은 전기장의 방향으로 정의됩니다. 머리를 쳐다 보면 모든 방향을 가리키는 전기장 벡터를 볼 수 있습니다.

빛이 편광자 또는 편광 필터를 통과 할 때 필터는 전 계선이 필터와 평행하게 배향 된 빛의 일부만 통과하도록합니다. 그 결과 빛이 편광되어 모든 방향이 같은 방향으로 향하게됩니다. 이것은 선형 편광입니다.

전구나 태양에서 나오는 빛은 편광되지 않습니다. 가장 일반적인 편광 광원은 레이저입니다. 두 개의 편광 필터가 입사 광원 앞에서 서로 직각으로 유지되면 모든 빛이 차단됩니다. 각도가 더 작 으면 (예: 45도) 일부 빛만 차단됩니다.

편광판은 반사 형, 이색 성 및 복굴절의 세 가지 유형이 있습니다. 반사 편광기는 특정 편광 만 통과시키고 나머지는 반사합니다. dichroic polarizers는 반대의 역할을하여 특정 편광 만 차단하고 나머지는 모두 통과시킵니다. 복굴절에서는 빛의 다른 편광이 다른 각도에서 굴절되어 원하는 편광에 따라 다른 편광을 선택할 수 있습니다.

편광은 영화가 3D로 투영되는 방식입니다. 영화 관람객에게 제공되는 3D 안경은 실제로 각 렌즈에 반대편 편광 필터를 가지고 있습니다. 예를 들어 왼쪽에는 수평 필터, 오른쪽에는 수직 필터가 있습니다. 그런 다음 영화는 두 개의 서로 다른 프로젝터에서 동일한 화면에 투사됩니다. 하나는 수직으로 편광 된 빛을 투사하고 다른 하나는 수평으로 편광 된 빛을 투사합니다. 그런 다음 왼쪽 눈은 오른쪽 눈과 약간 다른 이미지를보고 뇌는 이미지를 결합하여 깊이에 대한 인식을 만듭니다.

광선이 재료의 표면에 입사하면 빛의 일부가 반사되고 일부는 굴절됩니다 (재료를 통과 함). 반사광과 굴절 광이 정확한 직각을 이루는 데 필요한 입사광 각도를 브루스터 각도라고합니다.

입사각이 Brewster 각도와 같을 때 (어느 쪽의 매체 구성에 따라 다름) 표면의 측면), 입사광이 편광되지 않으면 반사 된 선형 편광이 발생합니다. 빛. 입사광이 특정 물질, 특히 특정 편광을 가지고있는 경우 반사광이 전혀없이 굴절됩니다.

왜 이런 일이 발생합니까? 입사광이 물질 표면의 원자에 일시적으로 흡수되면 물질 원자의 전자가 진동합니다. 광파는 횡 방향이기 때문에 편광은 파동의 운동 방향에 수직이어야합니다. 따라서 입사 파의 편광이 반사파가 있어야하는 방향이면 반사파가 존재할 수 없습니다.

입사광이 편광되지 않으면 반사 된 빛은 반 사면과 평행하게 수평으로 편광됩니다. 이것을 s- 편광이라고합니다. 입사면에 편광이있는 빛, 또는 입사광의 운동 방향과 표면에 수직 인 벡터로 형성된면을 p- 편광이라고합니다.

편광 선글라스는 Brewster 각도 개념을 사용하여 수평 표면에서 햇빛 반사를 줄입니다. 태양이 하늘에서 낮을 때 물과 도로와 같은 표면에서 반사 된 눈부심에 S- 편광 된 빛이 많이 있습니다. 편광 선글라스는이 편광을 가진 빛을 차단하여 눈부심을 줄여줍니다.

공기 분자에서 입사광이 산란되면 빛이 입사면에 수직으로 선형 편광됩니다. 공기 분자는 쌍극자 모멘트로 알려진 한 방향으로 작은 진동을 전달하며 그 진동 선에 수직으로 에너지를 방출합니다. 따라서 분자의 쌍극자 모멘트가 앞뒤로 진동하면 와이-축, 입사되는 편광되지 않은 빛은 엑스-방향, 편광 와이-방향 (쌍극자에 평행).

입사광의 파장이 분자의 크기와 비슷하다면이를 레일리 산란이라고합니다. 레일리 산란은 아름다운 날의 짙은 파란색이든 일몰의 짙은 붉은 색이든 하늘의 색을 담당합니다. 색상은 대기에 대한 햇빛의 입사각에 따라 변합니다.

편광은 하나의 매체에서 다른 매체로 통과 할 때 빛의 굴절 또는 구부러짐에 의해 발생할 수도 있습니다. 대부분의 경우 편광은 표면에 수직으로 발생합니다.

재료의 굴절률이 빛의 입사 방향과 편광에 따라 달라지는 경우이를 복굴절이라고합니다. 복굴절 재료에서 입사 광선은 편광에 의해 재료 내부에서 약간 다른 경로를 사용하는 두 개의 광선으로 분할됩니다.

일부 과학자들은 "방해석"이라고 불리는 복굴절 유형의 결정이 바이킹에 의해 굴절 편광 특성을 사용하여 흐린 날 또는 심지어 아래에서 태양을 찾을 수 있습니다. 수평선.

원형 편광은 전파 방향에 수직 인 평면에서 전계의 방향이 일정한 속도로 시간에 따라 원형으로 회전하는 편광 상태입니다. 이것은 전파가 전파됨에 따라 전파 축 주위에 나선을 그리는 전기장 벡터로 상상할 수 있습니다. (나선이 한 차원에서 약간 찌그러지는 타원 편광도 가능합니다.)

광원의 방향을봤을 때 전기장 벡터가 시계 반대 방향으로 회전하는 것처럼 보이면 빛을 우원 편광이라고합니다. 벡터가 시계 방향으로 회전하는 것처럼 보이면 빛을 좌원 편광이라고합니다.

원형 편광은 서로 수직으로 편광 된 두 개의 선형 편광 된 광파에 의해 생성되며 각각 90도 위상차를 전파합니다. 타원형 편광은 이러한 광파 중 하나가 다른 광파보다 진폭이 작아서 원이 아닌 타원을 생성하는 경우입니다.