빛의 편광

 

(1) 빛의 편광：모든 방향으로 진동하면서 진행하는 자연광과는 다르게 어느 특정한 방향으로만 진동하면서 진행하는 빛을 편광이라고 한다.

 

(2) 빛의 편광이 일어나는 원인
  ① 자연광이 유리나 물과 같이 투명한 물체에 입사할 때, 반사광은 입사 평면에 수직하게 편광된다.
  ② 편광이 일어나는 정도는 입사각에 따라 다르다.

 

(3) 빛의 편광의 확인：편광된 빛, 즉 반사광과 굴절광을 편광판으로 보면 편광판이 90˘ 회전할 때 마다 밝기가 변하는 것으로부터 확인할 수 있다.

 

(4) 빛의 편광이 일어나는 경우 :  

   ① 빛이 편광 판을 통과할 때, 

   ② 복굴절이 일어날 때, 

   ③ 투명한 표면에서 반사될 때 

 

 

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(5) 반사에 의한 빛의 편광 

편광되지 않은 빛은 반사에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 편광이 될 수 있다.

 

 

편광되지 않은 빛이 두 광학 물질(n1, n2)사이의 반사면에 입사한다. 입사 광선, 반사 광선 및 반사면에 대한 법선을 포함하는 평면을 입사면(plane of incidence)이라 부른다. 대부분의 입사각에 대하여 입사된 전기장 벡터 중 입사면에수직인 성분이 다른 성분들보다 더 강하게 반사된다. 따라서 반사광은 입사면에 수직으로(반사면에 평행으로) 선평광된다.

 

 

그러나 빛이 편광각(polarizing angle)이라는 특별한 각 Θ1로 입사하면 입사면에 평행인 전기장 벡터 성분은 전혀 반사되지 않는다. 이 성분은 굴절선속(refracted beam)으로 100% 투과된다. 그래서 그림에서와 같이 반사된 광은 완전히 편광된다.

 

입사면에 평행인 성분은 모두 굴절되는데, 굴절광은 이러한 평행 성분과 수직 성분 중 반사되지 않은 나머지 성분의 혼합으로 되어 있다. 즉 굴절광은 부분적으로 편광되어 있다.

 

1812년 부루스터(David Brewster)경은 입사각이 편광각 Θ1과 같을 때는, 반사 광선과 굴절 광선이 서로 수직임을 알았다. 이 경우 굴절각 Θ2(=90-Θ1)는 편광각 Θ1의 보각이 된다.

 

굴절의 법칙으로부터

 

                                 n1*sin Θ1 = n2*sin Θ2

이므로,

                                 n1*sin Θ1 = n2*sin(90-Θ1) = n2*cos Θ1

 

                                 tanΘ1 = n2/n1  (편광각에 대한 부루스터의 법칙)

 

가 된다. 이러한 관계를 부르스터의 법칙이라 한다.

 

편광 필터는 선글라스에 널리 사용되고 있다. 태양 빛이 수평면으로부터 반사될 때, 입사면은 수직면이 되고, 반사광은 주로 수평 방향으로 편광된 빛을 포함하고 있다. 매끄러운 아스팔트 길의 표면이나 호수 면에서 빛이 반사하면 매우 눈부시게 한다. 선글라스 제조업자들은 렌즈 물질의 편광축이 수직이 되도록 만든다. 그래서 수평 편광 된 빛은 거의 눈으로 들어오지 못한다.

 

유리는 투과광의 전체적인 세기를 편광되지 않은 빛의 세기의 50% 이하로 줄어들게 한다.

 

편광선글라스 없이 볼 때(좌)와 편광선글라스를 통해 볼(우)때의 차이

 

 

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