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hwp1. 편광이란 무엇인가?
빛은 전기장과 자기장의 진동이다. 이들의 진동방향은 빛이 진행하는 방향에 수직이고 전기장과 자기장 상호간에도 수직방향에서 진동한다. 자연광에 포함되어 있는 전기장의 진동방향은 행방향에 수직인 모든 가능한 방향이다. 대부분의 경우에는 투명한 물질을 빛이 통과할 때 진동방향에 제한이 없다. 그러나 전기석 판이나 폴라로이드 판등은 그 내부 구조 때문에 특정한 방향으로 진동하는 전기장을 갖고 있는 빛만을 통과시킨다. 이와 같은 특성을 갖고 있는 얇은 판을 편광판이라고 한다. 편광판은 빛이 횡파임을 증명하는 도구이다.
위의 그림은 줄에 비유한 두개의 편광판을 지나는 빛이다. 편광을 쉽게 설명할 수는 있으나, 물질이 나란히 배열한 것에 나란한 방향으로 빛이 통과한다고 잘못 생각할 수 있으므로 주의해야 한다. (실제로는 물질이 나란히 배열한 것과 수직인 방향의 빛만 통과할 수 있다.)
하나의 편광판을 통과한 빛은 어느 특정한 방향으로만 진동하는 전기장을 갖고 공간을 나가게 되는데, 이러한 빛을 선형 편광된 빛이라고 하며 짧게 편광이라고도 부른다. 그러나 편광은 일반적으로 타원 편광이며, 선형 편광, 원형 편광은 아주 특별한 경우이다.
1) 타원편광 : 직선편광과 원편광의 일차 결합으로 표현된다. 가장 일반적인 편극상태로 전기장( 및 자기장)의 진동이 시간에 관해 타원을 그리는 상태. 우 타원 편광과 좌 타원 편광이 있다.
2) 선형 편광 : 전기장(및 자기장)의 진동방향이 시간적으로 일정한 상태. 대부분의 경우, 우리가 말하는 선편광의 방향은 전기장의 방향을 말한다.(전기장의 크기와 부호는 시간에 따라 변하더라도 전기장의 진동 방향은 항상 일정함)
3) 원형 편광 : 전기장(및 자기장)의 진동이 시간에 관해 원을 그리는 상태. 회전방향에 의해 우원 편광(시계 방향으로 회전)과 좌원 편광(반시계 방향으로 회전)이 있다. 운동량을 가진다.
2. 말루스(Malus)의 법칙
이상적인 편광판은 투과 축과 수직으로 진동하는 전기장을 갖고 있는 빛은 모두 흡수하고 투과 축을 따라 진동하는 전기장을 갖고 있는 빛만을 투과시킨다. 선형 편광된 빛을 편광판에 입사시킨다고 하자. 입사되는 빛의 세기는 I0이고 진동하는 전기장의 진폭은 E0이며, 전기장의 진동방향이 편광판의 투과 축과 각 θ만큼 기울어져 있다.
투과축과 나란한 전기장만이 투과되므로 투과되는 빛의 전기장 진폭은 E0cosθ가 된다. 파동의 세기는 진동하는 매질의 진폭의 제곱에 비례하므로 빛의 세기는 진동하는 전기장의 진폭의 제곱에 비례한다. 따라서 투과되는 빛의 세기 I는 다음과 같게 된다.
