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빛의 편광이란 무엇입니까? 설명됨

빛의 편광 빛의 파동성을 드러내는 광학계의 매혹적인 현상이다. 반사, 굴절, 회절, 분산, 간섭, 산란과 같은 다른 현상과 마찬가지로 편광도 광학계에서 중요한 논의 주제입니다.

이번 블로그 포스트에서는 편광의 개념과 다양한 유형, 편광판과 분석기의 역할, 폴라로이드의 중요성, 편광을 달성하는 데 사용되는 방법에 대해 자세히 알아봅니다. 그럼 빛의 편광의 세계를 탐험해 볼까요?

정의: 빛의 편광은 빛의 진행 방향에 수직인 평면에서 특정 축을 따라 광파의 전기장 벡터의 진동을 제한하는 현상입니다.

간단히 말해서 광파의 진동을 특정 방향으로 정렬하는 작업이 포함됩니다.

무극광: 햇빛, 촛불, 전등 빛과 같은 무편광 빛은 전자, 이온 또는 하전 입자의 무작위 진동으로 구성됩니다. 이러한 진동은 특정 평면 내에서 모든 방향으로 발생하여 일반 빛으로 만듭니다.

무편광된 빛은 가로 진동의 두 개의 동일한 간격의 수직 구성 요소의 합으로 간주될 수 있습니다. 일반적인 빛은 전자기파입니다. 이러한 파동의 전기장 È와 자기장 B는 항상 파동의 운동 방향에 수직으로 진동합니다. 파동은 이 평면에 수직인 방향으로 이동합니다.

편광: 편광은 일반 광파가 편광판을 통과할 때 생성됩니다. 예를 들어, 일반적인 광파가 전기석 또는 유사한 매체의 결정을 통과할 때 무작위 횡진동이 단방향 횡진동으로 변환됩니다. 이러한 현상을 빛의 편광이라고 하며, 그 빛을 편광이라고 합니다.

편광의 용어

양극화를 이해하려면 몇 가지 주요 구성 요소를 숙지해야 합니다.

편광판: 편광판은 편광되지 않은 빛을 편광하는 데 사용되는 기계 시스템입니다.

예를 들어, 전기석 결정은 대부분의 빛 기반 실험에 사용되며 일상 생활에서 사용하는 기타 일반적인 편광판으로는 선글라스, 사진 필터 및 액정 디스플레이가 있습니다.

분석기: 분석기는 빛이 편광되었는지 여부를 결정하는 또 다른 기계 시스템입니다.

니콜 프리즘과 같은 광학 도구는 평면 편광을 생성할 수 있으며 물체가 통과한 후 이 편광에 어떤 영향을 미치는지 확인하는 데 사용됩니다.

진동면: 입사광의 진동이 제한된 평면을 진동 평면이라고 합니다.

편광면: 광선이 진동 평면에 수직인 평면을 편광 평면이라고 합니다.

선형 편광: 빛은 법선에 수직인 표면의 한 점에서 어떤 방향으로든 진동할 수 있습니다. 빛의 진행 방향에 수직인 특정 평면 내에서 직선을 따라 진동이 발생하는 경우 이를 선형 편광이라고 합니다. 이를 흔히 평면 편광이라고 합니다.

편광 각도: 반사에 의한 편광도가 최대가 되는 특정 입사각을 편광각().

반사에 의해 생성될 수 있는 평면 편광은 1808년 과학자 Malus에 의해 처음 발견되었습니다. 그는 일반 빛, 즉 비편광 빛이 투명한 매질(예: 물이나 유리)에 의해 반사될 때 반사된 광선이 부분적으로 편광된다는 것을 보여주었습니다.

광선의 편광 정도는 입사각에 따라 달라집니다. 이 각도의 값은 반사경 표면과 입사광의 파장에 따라 달라집니다.

유리의 경우 편광각의 값은 약 56°이고, 순수한 물의 경우 편광각은 53°이다.

편광 방법

빛의 편광은 반사에 의한 편광, 굴절에 의한 편광, 투과에 의한 편광, 산란에 의한 편광과 같은 여러 가지 방법으로 발생할 수 있습니다. 그러나 여기서는 반사와 굴절에 의한 편광에 대해서만 논의하겠습니다.

반사에 의한 편광:

이미 논의한 것처럼 일반 빛이 투명한 매질에서 반사될 때 반사된 광선은 부분적으로 편광됩니다. 편광 정도는 입사각과 매체의 특성에 따라 달라집니다. 이 각도는 편광 각도로 알려져 있으며, 때로는 브루스터 각도라고도 합니다.

브루스터의 법칙:

브루스터의 법칙은 편광 각도와 매체의 굴절률 사이의 관계를 설명합니다. 이는 편광 각도의 접선이 매질의 절대 굴절률과 수치적으로 동일하다는 것을 나타냅니다.

브루스터의 법칙에 대한 간단한 아이디어는 다음과 같습니다.

빛이 표면에 닿으면 여러 방향으로 반사될 수 있습니다.

브루스터의 법칙에 따르면 빛이 특정 각도에 닿을 때 이를 “브루스터 각도”라고 합니다. ) 흥미로운 일이 일어납니다.

이 각도에서 반사된 빛은 특별해집니다. 반사되는 빛은 “편광”되어 빛의 파동이 특정 방향으로 진동한다는 의미입니다.

이제 이것을 수학에 대입해 보겠습니다.

표면에 빛의 광선이 닿는다고 상상해 보십시오. 우리는 “를 사용할 것입니다“는 굴절률을 나타내고 “” 브루스터 각도에 대한 것입니다.

브루스터의 법칙은 다음과 같은 간단한 방정식으로 표현됩니다.

방정식

어디:

브루스터 각도이다.

m₁ 빛이 나오는 물질(예: 공기)의 굴절률입니다.

빛이 가는 물질(예: 유리나 물)의 굴절률입니다.

따라서 브루스터 각도를 찾으려면 두 물질의 굴절률만 알면 됩니다. 그러나 매질의 굴절률은 빛의 파장에 따라 달라지므로 편광 각도도 파장에 따라 달라진다고 말할 수 있습니다.

빛이 브루스터 각도에 닿으면 반사된 빛이 편광됩니다. 이는 눈부심을 유발할 가능성이 적어 선글라스나 창문의 반사를 줄이는 데 유용할 수 있음을 의미합니다.

굴절에 의한 편광:

빛을 여러 방향으로 움직이는 수많은 작은 파도로 상상해 보세요. 이 파동이 “편광 각도”라고 불리는 특별한 각도로 투명한 유리 표면과 만나면 멋진 일이 일어납니다.

빛의 약 85%가 유리 안으로 들어가기로 결정하는데, 이를 굴절이라고 합니다. 나머지 15%는 “아니요”라고 말하고 되돌아옵니다. 이를 반성이라고 합니다.

유리 안쪽으로 들어오는 빛이 다 깔끔하게 정리되어 있지는 않네요. 그것은 모든 방향으로 진행되는 파도의 혼합과 같습니다. 유리 내부의 일부 파도는 진동을 한 방향으로 정렬하기 시작합니다. 이로 인해 다소 양극화되지만 완전히는 아닙니다.

더 강한 편광을 얻기 위해 우리는 여러 개의 얇은 유리판을 나란히 배열하여 사용합니다. 빛은 이 판을 여러 번 통과하며, 매번 점점 더 체계화됩니다.

결국 빛은 두 그룹으로 나누어집니다. 한 그룹은 위아래로 진동하는 반사광이 되고, 다른 그룹은 좌우로 진동하는 굴절광이 됩니다. 이 두 그룹의 빛은 서로 다른 방향으로 진행되며, 진동은 십자가처럼 서로 직각을 이룹니다.

따라서 여러 개의 유리판을 사용하면 빛을 강하게 편광시킬 수 있습니다. 즉, 빛의 파동이 한 방향으로만 이동한다는 의미입니다. 이는 눈부심을 줄이거나 특정 장치의 이미지 품질을 향상시키는 등 여러 가지 작업에 유용합니다.

폴라로이드란 무엇인가요?

폴라로이드 일반 빛을 편광으로 바꾸는 특수 시트와 같습니다. 이는 필름에 있는 헤라파타이트 세포라고 불리는 작은 세포를 사용하여 이를 수행합니다.

작동 방식은 다음과 같습니다.

이러한 셀은 모든 광축(이를 선호하는 방향이라고 상상해 보세요)이 동일한 방향으로 정렬되도록 배열됩니다.

이 세포들은 어떤 빛을 좋아하는지 까다롭습니다. 그들은 복굴절(일부 재료에서 빛이 두 개의 광선으로 어떻게 분할되는지에 대한 멋진 단어)에서 나오는 한 가지 유형의 빛을 흡수합니다. 그들은 이것을 좋아하지 않습니다.

그러나 그들은 다른 유형의 빛은 통과시킵니다. 이 빛은 이제 “평면 편광” 상태이므로 특별합니다. 즉, 모든 파동이 같은 방향으로 움직인다는 의미입니다.

그래서 빛이 폴라로이드를 통과할 때 한 방향으로 움직이는 빛만 통과시키기 때문에 선글라스 같은 물건에 눈부심을 줄이기 위해 사용되는 것입니다.

폴라로이드의 용도:

1. 폴라로이드는 매우 저렴한 비용으로 매우 쉽게 편광을 생성하고 분석할 수 있습니다.

2. 고급 선글라스는 유리 대신 폴라로이드를 사용하여 눈이 더 편안합니다.

3. 폴라로이드는 자동차 헤드라이트와 방충망에 부착됩니다. 이로 인해 전방에서 들어오는 강한 빛이 차량 내부로 들어오지 못하게 됩니다.

4. 폴라로이드 필름은 입체영화(3D사진)를 만드는데 사용됩니다.

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