1 光の偏光
光には、波長、強度、偏光という 3 つの基本特性があります。光の波長をわかりやすく言うと、一般的な可視光を例に挙げると、380～780nmの波長範囲になります。光の強さも分かりやすく、光の強弱はパワーの大小で特徴づけられます。これに対し、光の偏光特性は、光の電場ベクトルの振動方向を記述したものであり、目に見えず、触れることもできないため、通常は理解しにくいのですが、実際には、光の偏光特性は次のようになります。私たちが日常的に目にする液晶ディスプレイでは、カラー表示やコントラスト調整を実現するために偏光技術が使われるなど、生活の中で幅広く応用されています。映画館で 3D 映画を鑑賞する場合、3D メガネは光の偏光にも適用されます。光学関連の仕事に従事する人にとって、偏光と実際の光学システムにおけるその応用を完全に理解することは、製品やプロジェクトの成功を促進するのに非常に役立ちます。そこで、この記事の冒頭から、皆さんが偏光について深く理解し、業務に活用できるように、光の偏光について簡単な説明を用いて説明します。
2 偏光の基礎知識
多くの概念が関係しているため、いくつかの概要に分けて順を追って紹介します。
2.1 偏光の概念
次の図に示すように、光は電磁波の一種であることがわかっています。電磁波は互いに直交する電場 E と磁場 B から構成されます。2 つの波はそれぞれの方向に振動し、伝播方向 Z に沿って水平に伝播します。
電場と磁場は互いに直交し、位相も同じで伝播方向も同じであるため、光の偏光は実際に電場の振動を解析することで説明されます。
下図に示すように、電場ベクトル E は Ex ベクトルと Ey ベクトルに分解でき、いわゆる分極とは電場成分 Ex と Ey の振動方向の時間的および空間的分布です。
2.2 いくつかの基本的な偏光状態
A. 楕円偏光
楕円偏光は最も基本的な偏光状態であり、2 つの電界成分が一定の位相差 (1 つは速く伝播し、もう 1 つは遅く伝播) を持ち、位相差は π/2 の整数倍に等しくなく、振幅は次のようになります。同じであっても、異なっていてもよい。伝播方向に沿って見ると、以下に示すように、電場ベクトルの終点軌道の等高線は楕円を描きます。
B、直線偏光
直線偏光は楕円偏光の特殊な形式であり、2 つの電場成分に位相差がない場合、電場ベクトルは同じ平面内で振動します。伝播方向に沿って見ると、電場ベクトルの終点軌道の等高線は直線になります。 。2 つの成分の振幅が同じ場合、これは次の図に示す 45 度の直線偏光になります。
C、円偏光
円偏波は、楕円偏波の特殊な形式でもあり、2 つの電界成分が 90 度の位相差と同じ振幅を持つ場合、伝播方向に沿って、電界ベクトルの終点軌道は、図に示すように円になります。次の図:
2.3 光源の偏光分類
通常の光源から直接発せられる光は不規則な無数の偏光の集合体であるため、直接観察しただけでは光の強度がどの方向に偏っているのかわかりません。このようにあらゆる方向に振動する光波の強度は自然光と呼ばれ、光波の伝播方向に垂直なすべての可能な振動方向を含む偏光状態と位相差のランダムな変化を持ち、偏光を示さず、自然光に属します。無偏光の光。一般的な自然光には、太陽光や家庭用電球の光などが含まれます。
完全偏光とは、電磁波の振動方向が安定しており、電界の２つの成分の位相差が一定であるものであり、上記の直線偏光、楕円偏光、円偏光が含まれる。
部分偏光とは自然光と偏光の2つの成分を持ち、私たちがよく使うレーザー光のように完全偏光でも非偏光でもない場合は部分偏光に属します。総光強度における偏光の割合を定量化するために、偏光度 (DOP) の概念が導入されます。DOP は、総光強度に対する偏光強度の比率であり、非偏光の場合は 0 ～ 1,0 の範囲です。ライト、完全偏光の場合は 1。さらに、直線偏光 (DOLP) は全光強度に対する直線偏光の強度の比であり、円偏光 (DOCP) は全光強度に対する円偏光の強度の比です。一般的な LED ライトは、生活の中で部分的に偏光した光を放射します。
2.4 偏光状態間の変換
多くの光学素子はビームの偏光に影響を与えますが、これはユーザーが予期する場合もあれば、予期しない場合もあります。たとえば、光線が反射されると通常は偏光が変化しますが、自然光が水面で反射すると部分偏光になります。
ビームが反射されないか、偏光媒体を通過しない限り、その偏光状態は安定したままです。ビームの偏光状態を定量的に変更したい場合は、偏光光学素子を使用して変更できます。例えば、1/4波長板は一般的な偏光素子であり、複屈折結晶材料でできており、速軸方向と遅軸方向に分かれており、電界ベクトルの位相をπ/2(90°)遅らせることができます。遅軸に平行な電場ベクトルには遅延がないため、直線偏光が 45 度の偏光角で 1/4 波長板に入射すると、波長板を通過する光のビームは次のようになります。以下の図に示すように、円偏光。まず、自然光は直線偏光板で直線偏光に変換され、その後直線偏光は1/4波長を通過して円偏光となり、光の強度は変化しません。
同様に、ビームが反対方向に進み、円偏光が 45 度の偏光角で 1/4 プレートに当たると、通過するビームは直線偏光になります。
前回の記事で紹介した積分球を使うと直線偏光を無偏光に変えることができます。直線偏光は積分球に入射した後、球内で数回反射され、電場の振動が妨げられ、積分球の出射端では無偏光の光が得られます。
2.5 Pライト、Sライト、ブリュースター角
P 光と S 光は両方とも直線偏光であり、互いに直交する方向に偏光しているため、ビームの反射と屈折を考慮する場合に役立ちます。下図に示すように、光線が入射面に当たると反射と屈折が生じ、入射光線と法線で形成される面が入射面と定義されます。P光（Parallelの頭文字、平行を意味します）は偏光方向が入射面に対して平行な光であり、S光（Senkrechtの頭文字、垂直を意味します）は偏光方向が入射面に対して垂直な光です。
通常の状況下では、自然光が誘電体界面で反射および屈折すると、反射光と屈折光は部分偏光になりますが、入射角が特定の角度の場合にのみ、反射光の偏光状態は入射光に対して完全に垂直になります。 S面偏光では、屈折光の偏光状態は入射面P偏光とほぼ平行になり、このときの特定の入射角をブリュースター角と呼びます。光がブリュースター角で入射すると、反射光と屈折光は互いに垂直になります。この性質を利用して、直線偏光を生成することができます。
3 結論
この論文では、光は電磁波であり、波動効果を持ち、偏光は光波内の電場ベクトルの振動である、光偏光の基礎知識を紹介します。日常業務で頻繁に使用される、楕円偏光、直線偏光、円偏光の 3 つの基本的な偏光状態を紹介しました。偏光度の違いに応じて、光源は非偏光、部分偏光、完全偏光に分けられますが、実際にはこれらを区別して区別する必要があります。以上のいくつかに対する回答です。
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投稿日時: 2024 年 5 月 27 日
