光の偏光

偏光とは、光の横波としての性質に起因する、振動する電場の向きを記述するものであり、実用上広く利用されている。

Definition

横電磁波の特性であり、その電場ベクトルの向きと回転を特定するもので、線形から楕円、円形の状態まで多岐にわたる。

Scope

この分野では、光のベクトル的な性質、すなわち電場が振動する方向を扱う。線形偏光、円偏光、楕円偏光の状態、およびジョーンズ形式とストークス・ミューラー形式によるそれらの数学的記述、偏光子と波長板による偏光の生成と分析、異方性（複屈折性）媒体および光学活性媒体との偏光の相互作用、フレネル方程式によって記述される反射および屈折に伴う偏光の変化について網羅する。電場の向きに依存する光学的現象を説明し、広範なデバイスや測定の基礎となる。

Sub-topics

• 複屈折と結晶光学
• 偏光子と波長板
• 反射とフレネルの式
• 偏光状態

Core questions

• 光が線形偏光、円偏光、または楕円偏光であるとはどういう意味か？
• 偏光はどのように生成、変換、分析されるのか？
• 異方性媒体は光の偏光をどのように変化させるのか？
• 反射は光の偏光をどのように変化させるのか？

Key concepts

• 線形偏光
• 円偏光
• 楕円偏光
• ジョーンズベクトル
• ストークスパラメーター
• 複屈折
• ブリュースター角
• 光学活性

Key theories

偏光状態とジョーンズ計算

完全に偏光した光の横電場は2成分のジョーンズベクトルで記述され、光学素子はジョーンズ行列として作用し、偏光がどのように変換されるかを予測するための簡潔な代数を提供する。

部分偏光のストークス・ミューラー記述

部分的に偏光した光および非偏光の光は4つの測定可能なストークスパラメーターで記述され、光学素子はミューラー行列で表され、非干渉的および脱偏光の状況への偏光分析を拡張する。

反射に関するフレネル方程式

反射波と透過波の振幅は、フレネル方程式を通じて偏光と入射角に依存し、反射光が完全に偏光するブリュースター角などの効果を予測する。

Clinical relevance

偏光は、痛風における尿酸などの複屈折性結晶を同定するための偏光顕微鏡、グルコースやその他の光学活性溶質を測定するための旋光計、液晶ディスプレイ、および組織の偏光感受性光コヒーレンストモグラフィーで利用されている。

History

1808年、マリュスは反射による光の偏光を発見し、ブリュースターは反射光が完全に偏光する角度を特定した。1820年代のフレネルの横波理論は偏光と複屈折を説明し、ストークスは1852年に部分的に偏光した光を記述するために自身のパラメーターを導入した。

Key figures

• Étienne-Louis Malus
• Augustin-Jean Fresnel
• David Brewster
• George Gabriel Stokes

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

なぜ偏光サングラスはまぶしさを軽減できるのか？

水面や道路などの水平な表面から反射される光は、部分的に水平偏光している。垂直透過軸を持つサングラスは、その偏光したまぶしさの多くを遮断し、他の光は透過させる。

太陽やランプからの通常の光は偏光しているか？

いいえ。熱源は、急速に変化するランダムな方向の電場を持つ光を放出するため、特定の方向を選択する方法でフィルタリング、反射、または散乱されるまでは非偏光である。