1 빛의 편광
빛은 파장, 강도, 편광이라는 세 가지 기본 특성을 가지고 있습니다. 빛의 파장은 이해하기 쉽습니다. 일반적인 가시광선을 예로 들면, 파장 범위는 380~780nm입니다. 빛의 세기도 이해하기 쉽고, 빛의 세기가 강한지 약한지는 전력의 크기로 구분할 수 있습니다. 이에 반해, 빛의 편광 특성은 빛의 전기장 벡터의 진동 방향을 기술한 것으로, 볼 수도 없고 만질 수도 없기 때문에 일반적으로 이해하기 쉽지 않지만, 실제로는 빛의 편광 특성을 또한 매우 중요하며 우리가 매일 보는 액정 디스플레이와 같이 생활에서 다양한 응용 분야를 가지고 있으며 편광 기술은 컬러 디스플레이 및 대비 조정을 달성하는 데 사용됩니다. 영화관에서 3D 영화를 볼 때에도 3D 안경은 빛의 편광을 막아준다. 광학 작업에 종사하는 사람들에게 편광에 대한 완전한 이해와 실제 광학 시스템에서의 적용은 제품 및 프로젝트의 성공을 촉진하는 데 매우 도움이 될 것입니다. 따라서 이 글의 시작 부분부터 간단한 설명을 사용하여 빛의 편광을 소개하여 모든 사람이 편광에 대해 깊이 이해하고 작업에 더 잘 활용할 수 있도록 하겠습니다.
2 분극에 대한 기본지식
관련된 개념이 많기 때문에 여러 개의 요약으로 나누어 단계별로 소개하겠습니다.
2.1 양극화의 개념
우리는 빛이 일종의 전자기파라는 것을 알고 있습니다. 다음 그림에서 볼 수 있듯이 전자기파는 서로 수직인 전기장 E와 자기장 B로 구성됩니다. 두 파동은 각각의 방향으로 진동하고 전파 방향 Z를 따라 수평으로 전파됩니다.
전기장과 자기장은 서로 수직이기 때문에 위상이 동일하고, 전파방향도 동일하므로 실제로 전기장의 진동을 분석하여 빛의 편광을 기술한다.
아래 그림과 같이 전기장 벡터 E는 Ex 벡터와 Ey 벡터로 분해될 수 있으며, 소위 편파란 전기장 성분 Ex와 Ey의 시간과 공간에 따른 진동 방향의 분포를 말합니다.
2.2 몇 가지 기본 편광 상태
A. 타원편광
타원 편파는 가장 기본적인 편파 상태로, 두 전기장 성분이 일정한 위상차(하나는 더 빠르게 전파하고 다른 하나는 느리게 전파)를 가지며, 위상차는 π/2의 정수배와 같지 않으며 진폭은 같을 수도 있고 다를 수도 있습니다. 전파 방향을 따라 보면 전기장 벡터의 끝점 궤적의 등고선은 아래와 같이 타원을 그립니다.
B, 선형 편광
선형 편파는 타원 편파의 특별한 형태로 두 전기장 성분이 위상차가 아닌 경우 전기장 벡터는 동일한 평면에서 진동하며 전파 방향을 따라 보면 전기장 벡터 끝점 궤적 윤곽은 직선입니다. . 두 구성 요소의 진폭이 동일한 경우 이는 아래 그림에 표시된 45도 선형 편파입니다.
C, 원형 편광
원형 편파는 또한 타원 편파의 특수한 형태입니다. 두 전기장 구성 요소가 전파 방향을 따라 90도 위상차와 동일한 진폭을 가질 때 전기장 벡터의 끝점 궤적은 그림과 같이 원입니다. 다음 그림:
2.3 광원의 편광 분류
일반 광원에서 직접 방출되는 빛은 무수히 많은 편광의 불규칙한 집합이므로 직접 관찰하면 빛의 세기가 어느 방향으로 편향되는지 알 수 없습니다. 이러한 모든 방향으로 진동하는 광파의 세기를 자연광이라고 하며, 광파의 전파 방향에 수직인 가능한 모든 진동 방향을 포함하여 편광 상태와 위상차가 무작위로 변화하고 편광을 나타내지 않으며 자연광에 속합니다. 비편광광. 일반적인 자연광에는 햇빛, 가정용 전구의 빛 등이 포함됩니다.
완전편광은 안정된 전자기파 진동 방향을 가지며, 전기장의 두 성분은 일정한 위상차를 가지며, 앞서 언급한 선형편광, 타원편광, 원편광이 포함됩니다.
부분편광은 자연광과 편광이라는 두 가지 성분을 가지고 있는데 우리가 자주 사용하는 레이저빔처럼 완전편광도 비편광도 아닌 부분편광에 속합니다. 전체 광강도에서 편광이 차지하는 비율을 정량화하기 위해 전체 광강도에 대한 편광강도의 비율인 DOP(Degree of Polarization)라는 개념이 도입되었으며, 그 범위는 무편광의 경우 0~1,0입니다. 빛, 1은 완전히 편광된 빛입니다. 또한, 선형 편광(DOLP)은 전체 광 강도에 대한 선형 편광 강도의 비율이고, 원형 편광(DOCP)은 전체 광 강도에 대한 원편광 강도의 비율입니다. 생활 속에서 일반적인 LED 조명은 부분적으로 편광된 빛을 방출합니다.
2.4 편광 상태 간 변환
많은 광학 요소는 빔의 편광에 영향을 미치며, 이는 사용자가 예상하는 경우도 있고 예상하지 못하는 경우도 있습니다. 예를 들어, 광선이 반사되면 그 편광은 일반적으로 변하며, 자연광의 경우 수면을 통해 반사되면 부분 편광이 됩니다.
빔이 반사되지 않거나 편광 매체를 통과하지 않는 한, 그 편광 상태는 안정적으로 유지됩니다. 빔의 편광 상태를 정량적으로 변경하려면 편광 광학 요소를 사용하면 됩니다. 예를 들어, 1/4파장판은 복굴절 결정체로 이루어져 빠른 축 방향과 느린 축 방향으로 나누어지는 공통 편광소자로서 전계 벡터 평행의 π/2(90°) 위상을 지연시킬 수 있다. 느린 축으로, 빠른 축과 평행한 전기장 벡터는 지연이 없으므로 선형 편광된 빛이 45도의 편광 각도로 1/4 파장판에 입사되면 파장판을 통과하는 빛의 광선은 아래 그림과 같이 원형 편광된 빛입니다. 먼저, 자연광은 선형 편광판에 의해 선편광으로 변화되고, 이후 선형 편광은 1/4 파장을 통과하여 원편광이 되며 빛의 세기는 변하지 않습니다.
마찬가지로, 빔이 반대 방향으로 이동하고 원형 편광이 45도 편광 각도로 1/4 플레이트에 닿으면 통과하는 빔이 선형 편광이 됩니다.
이전 글에서 언급한 적분구를 이용하면 선형편광된 빛을 비편광된 빛으로 바꿀 수 있습니다. 선형 편광이 적분구에 들어간 후 구에서 여러 번 반사되어 전기장의 진동이 중단되어 적분구의 출력 끝이 무편광된 빛을 얻을 수 있습니다.
2.5P 조명, S 조명 및 브루스터 각도
P광과 S광은 모두 선형편광, 서로 수직방향으로 편광되어 있어 빔의 반사와 굴절을 고려할 때 유용합니다. 아래 그림과 같이 입사면에 빛의 광선이 빛나면서 반사와 굴절이 이루어지며, 입사광과 법선이 이루는 평면을 입사면이라 정의한다. P광(Parallel의 첫 글자, 평행을 의미)은 편광 방향이 입사면에 평행한 빛이고, S광(Senkrecht의 첫 글자, 수직을 의미)은 편광 방향이 입사면에 수직인 빛입니다.
정상적인 상황에서 자연광이 유전체 인터페이스에서 반사 및 굴절되면 반사광과 굴절광은 부분적으로 편광되며, 입사각이 특정 각도인 경우에만 반사광의 편광 상태가 입사광에 완전히 수직입니다. 평면 S 편광, 굴절된 빛의 편광 상태는 입사 평면 P 편광과 거의 평행하며, 이때 특정 입사각을 브루스터 각도(Brewster Angle)라고 합니다. 브루스터각(Brewster Angle)으로 빛이 입사되면 반사광과 굴절광은 서로 수직을 이룬다. 이 특성을 이용하면 선형 편광을 생성할 수 있습니다.
3 결론
본 논문에서는 광학 편광에 대한 기본 지식을 소개합니다. 빛은 전자기파이고 파동 효과가 있으며 편광은 광파에서 전기장 벡터의 진동입니다. 일상 업무에서 자주 사용되는 타원편파, 선형편파, 원형편파의 3가지 기본편파 상태를 소개했습니다. 다양한 편광 정도에 따라 광원은 비편광, 부분 편광, 완전 편광으로 나눌 수 있으며 실제로 구별하고 식별해야 합니다. 위의 여러 가지에 대한 응답입니다.
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게시 시간: 2024년 5월 27일
