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光学

光の偏光

偏光は横波である電場の振動方向を表します。直線偏光に対する検光子の透過光はマリュスの法則 I = I₀ cos²θ に従います。

偏光は横波である電場の振動方向を表します。直線偏光に対する検光子の透過光はマリュスの法則 I = I₀ cos²θ に従います。

I=I0cos⁡2θI = I_0\cos^2\theta

定義: 直線偏光とマリュスの法則

電磁波は横波で、電場 E は伝搬方向に垂直です。直線偏光では E の向きが一定で、偏光子は透過軸に平行な成分を通します。入射偏光と検光子の軸の角度を θ とすると、理想検光子の透過強度は I = I₀ cos²θ です。無偏光は理想偏光子で I_b/2 になります。

検光子を回転させ、電場の透過軸への射影とマリュスの法則に従う強度を観察します。

モデルと物理量

電磁波は横波で、電場 E は伝搬方向に垂直です。直線偏光では E の向きが一定で、偏光子は透過軸に平行な成分を通します。入射偏光と検光子の軸の角度を θ とすると、理想検光子の透過強度は I = I₀ cos²θ です。無偏光は理想偏光子で I_b/2 になります。

例: 直交する二枚の偏光子

強度 I_b の無偏光が第一偏光子を通り、軸が第一の軸となす角 60° の第二偏光子を通ります。最終強度を I_b で表しなさい。

解答

第一偏光子の後は I₁ = I_b/2 です。マリュスの法則より I₂ = I₁ cos²60° = (I_b/2)(1/4) = I_b/8 です。

クイックチェック

自然光では電場の振動方向が進行方向に垂直な面内でさまざまです。直線偏光では一つの方向に限られます。二枚目の偏光板を検光子とすると、透過光強度はマリュスの法則 I=I0cos⁡2hetaI=I_0\cos^2 heta に従います。heta heta は二つの透過軸の角度です。軸が直交すれば理想的には光が遮られ、45°なら偏光光の半分が透過します。偏光は防眩眼鏡、液晶画面、透明材料の応力測定に利用されます。

直線偏光が偏光方向に対して 90° 回転した理想検光子を通るとき、透過強度は:

強度 I_b の無偏光が理想偏光子を一枚通過したとき(検光子なし)の透過強度は:

参考文献

  1. Eugene Hecht (2017). Optics