二極化を最初に発見したのは誰なのかを特定するのは難しい輝く。古代の人々は、特定の方向に空を見ると、独特の場所に気付くことがありました。分極化には多くの癖があり、人生のさまざまな領域に現れます。そして今日、分極化は大量の研究と応用の対象となっています。すべての理由はマルスの法則です。
偏光の発見
バイキングは分極化を使用した可能性がありますナビゲーションのための空。彼らがしなかったとしても、彼らは間違いなくアイスランドと素晴らしい方解石を発見しました。アイスランドのスパー（方解石）は当時知られていましたが、その名前の由来はアイスランドの住民にあります。この鉱物は、その独特の光学特性により、かつて航海に使用されていました。それは偏光の現代の発見において主要な役割を果たし、光の偏光成分を分離するための好ましい材料であり続けています。
1669年、コペンハーゲン出身のデンマークの数学者エラスムス大学バルトリヌスは、二重の光を見ただけでなく、60ページの回想録を書いたいくつかの実験も行いました。これは偏光効果の最初の科学的記述であり、著者はこの驚くべき光の性質の発見者と見なすことができます。
クリスティアーン・ホイヘンスは脈波を開発しました彼が1690年に彼の有名な本Traitede laLumiereで発表した光の理論。同時に、アイザックニュートンは彼の著書Opticks（1704）で光の粒子説を発展させました。結局、光には二重の性質（波と粒子）があるので、どちらも正しかったし間違っていました。それでも、ホイヘンスはプロセスの現代的な理解に近かった。
1801年、トーマス・ユングは有名になりました2つのスリットを使用した干渉実験。光は波のように振る舞い、波の重ね合わせは暗闇（破壊的な干渉）につながる可能性があることを証明しました。彼は彼の理論を使用して、ニュートンリングや超自然的なレインボーアークなどを説明しました。科学の飛躍的進歩は、数年後、ユングが偏光が光の横波の性質から生じることを示したときに起こりました。
若いエティエンヌ・ルイ・マルスは激動の時代に生きました-フランス革命の時代と恐怖政治。彼はエジプトの侵略にナポレオンの軍隊と一緒に参加し、パレスチナとシリアでペストにかかり、数年後に彼を殺しました。しかし、彼は二極化の理解に重要な貢献をすることができました。偏光子を透過する光の強度を予測したマルスの法則は、21世紀に液晶スクリーンの作成で最も人気のあるものの1つになりました。
著名なサイエンスライター、サー・デビッド・ブリュースター、二色性や吸収スペクトルなどの光学物理学の主題、およびステレオ写真などのより人気のある主題を研究しました。有名なブリュースターのフレーズ：「ガラスを除いて、すべてが透明です。」
彼はまた、光の研究に計り知れない貢献をしました。
- 「偏光角」を説明する法則。
- 万華鏡の発明。
ブリュースターは多くの人のためにマルスの実験を繰り返しましたガラスの異常を発見し、法則を発見した宝石やその他の素材-「ブリュースター角」。彼の言葉では、「...ビームが偏光されると、反射ビームは屈折ビームと直角を形成します。」
マルスの分極法則
分極化について話す前に、まず最初に光を覚えておいてください。光は波ですが、粒子である場合もあります。しかし、いずれにせよ、光を波として、ランプから目に移動する線として考えると、偏光は理にかなっています。ほとんどの光は、すべての方向に振動する光波の混合された混乱です。この振動の方向は、光の偏光と呼ばれます。偏光子は、この混乱をクリーンアップするデバイスです。光を混合するものはすべて受け入れ、特定の方向に振動する光のみを通過させます。
マルス法の文言は次のように聞こえます。完全に平坦な偏光が検光子に入射すると、検光子が透過する光の強度は、検光子の透過軸と偏光子の間の角度の余弦の2乗に正比例します。
横電磁波には両方が含まれています電場と磁場、そして光波の電場は光波の伝播方向に垂直です。光の振動の方向は電気ベクトルEです。
従来の無偏光ビームの場合電気ベクトルはランダムに方向を変え続けます。光がポラロイドを通過すると、結果として生じる光は平面偏光され、電気ベクトルは特定の方向に振動します。出てくるビームのベクトルの方向はポラロイドの向きに依存し、偏光面はEベクトルと光ビームを含む面として設計されています。
下の図は、垂直EIと水平EIIによる平坦な偏光を示しています。
非偏光はポラロイドPを通過します1、次にポラロイドP 2を介して、yax-sと角度θを形成します。 x方向に沿って伝搬する光がポラロイドP1を通過した後、偏光に関連する電気ベクトルはy軸に沿ってのみ振動します。
今、これを二極化させればビームは再び偏光P2を通過し、y軸と角度θを形成します。E0がP 2に入射する電界の振幅である場合、P2から発生する波の振幅は次のようになります。 E0cosθ、したがって、出現するビームの強度は、マルスの法則（式）I =I0cos2θに従います。
ここで、I 0は、θ= 0のときにP2から出るビームの強度です。θは、アナライザーの透過面と偏光子の間の角度です。
光度の計算例
マルスの法則： I 1 = I o cos 2（q）;
ここで、qは光の偏光方向と偏光子の透過軸の間の角度です。
強度Io = 16の非偏光W / m2は一対の偏光子に当てはまります。最初の偏光子は、垂直から50度に位置合わせされた透過軸を持っています。 2番目の偏光子は、垂直から20°の距離に位置合わせされた透過軸を持っています。
マルスの法則のテストは、最初の偏光子から出たときの光の強度を計算することで実行できます。
4 W / m 2
16 cos 2 50o
8 W / m 2
12 W / m 2
光は偏光されていないため、I 1 = 1/2 I o = 8 W / m2です。
2番目の偏光子からの光強度：
I 2 = 4 W / m 2
I 2 = 8 cos 2 20 o
I 2 = 6 W / m 2
これに続いて、マルスの法則、言い回しがありますこれは、光が最初の偏光子を出るときに、50°で直線偏光されることを確認します。これと2番目の偏光子の透過軸との間の角度は30°です。その結果：
I 2 = I 1 cos 2 30o = 8 * 3/4 = 6 W / m2。
これで、強度16 W / m2の光線の直線偏光が同じ偏光子のペアに当てはまります。入射光の偏光方向は垂直から20°です。
最初とから出る光の強度2番目の偏光子。各偏光子を通過すると、強度は3/4分の1に減少します。最初の偏光子を離れた後、強度は16 * 3/4 = 12 W / m 2であり、2番目の偏光子を通過すると12 * 3/4 = 9 W / m2に減少します。
マルスの法則偏光は、ある偏光方向から別の偏光方向に光を変えるために、より多くの偏光子を使用することによって強度損失が減少することを示しています。
偏光方向を90回転させたいとします。について.
| N、偏光子の数 | 連続する偏光子間の角度 | そして 1 / 私 について |
| 1 | 90 について | 0 |
| 2 | 45 について | 1/2 x 1/2 = 1/4 |
| 3 | 30 について | 3/4 x 3/4 x 3/4 = 27/64 |
| N | 90 / N | [cos 2 （90 について / N）] N |
ブリュースター反射角の計算
光が表面に当たると、光の一部が反射し、一部が貫通（屈折）します。この反射と屈折の相対的な量は、光を通過する物質と、光が表面に当たる角度によって異なります。物質によっては、光を可能な限り屈折（透過）させる最適な角度があります。この最適な角度は、スコットランドの物理学者デビッドブリュースターの角度として知られています。
通常の偏光白色光のブリュースター角は、次の式を使用して計算されます。
シータ=アークタン（n1 / n2）、
ここで、シータはブリュースター角、n1とn2は2つの媒体の屈折率です。
最大の最適な角度を計算するにはガラスを通る光の透過-屈折率の表から、空気の屈折率は1.00であり、ガラスの屈折率は1.50であることがわかります。
ブリュースター角は、アークタン（1.50 / 1.00）=アークタン（1.50）= 56度（約）になります。
最大の水の浸透のための最適な光の角度を計算します。屈折率の表から、空気の屈折率は1.00、水の屈折率は1.33であることがわかります。
ブリュースター角は、アークタン（1.33 / 1.00）=アークタン（1.33）= 53度（約）になります。
偏光の応用
通りの普通の人は想像さえしません世界で偏光子がどれほど集中的に使用されているか。マルスの法則の光の偏光は、どこでも私たちを取り囲んでいます。たとえば、ポラロイドサングラスやカメラレンズ用の特殊な偏光フィルターの使用などの人気商品。さまざまな科学機器が、レーザーまたは白熱灯や蛍光灯の偏光によって放出される偏光を使用しています。
偏光子は時々照明に使用されますグレアを減らし、より均一な照明を提供するための部屋とシーン、および3Dフィルムに目に見える奥行き感を与えるためのメガネとして。交差偏光子は宇宙服にも使用されており、睡眠中に宇宙飛行士の目に入る太陽からの光の量を大幅に減らします。
自然界の光学の秘密
空が青、赤、夕焼け、白なのはなぜですか雲？誰もが子供の頃からこれらの質問を知っています。マルスとブリュースターの法則は、これらの自然な影響を説明しています。私たちの空は太陽のおかげで本当にカラフルです。その明るい白色光には、赤、オレンジ、黄色、緑、青、藍、紫の虹のすべての色が埋め込まれています。特定の条件下で、人は虹、日没、または灰色の夜遅くに遭遇します。太陽光の「散乱」により、空は青くなります。青は他の色よりも波長が短く、エネルギーが多いです。
その結果、青は選択的に吸収されます空気分子とその後、すべての方向に再び放出されます。他の色は散乱が少ないため、通常は表示されません。正午の太陽は黄色で、その青を吸収します。日の出または日の入りでは、太陽光は低角度で透過し、厚い大気を通過する必要があります。その結果、青は注意深く散乱され、そのほとんどが空気に完全に吸収され、他の色、特にオレンジと赤が失われて散乱し、輝かしい色の地平線を作り出します。
日光の色もすべてに責任があります緑の草でもターコイズブルーの海でも、私たちが地球上で愛する色合い。各オブジェクトの表面は、それ自体を区別するために反射する特定の色を選択します。雲は、あらゆる色の優れた反射板または拡散板であるため、多くの場合、光沢のある白です。返されたすべての色は、ニュートラルホワイトに一緒に追加されます。ミルク、チョーク、砂糖など、一部の素材はすべての色を均一に反射します。
天文学における偏光感度の値
マルスの法則効果を長年研究天文学における分極は無視されました。スターライトはほぼ完全に無偏光であり、標準として使用できます。天文学における偏光の存在は、光がどのように作られたかを教えてくれます。一部の超新星では、放出される光は無偏光ではありません。考えられている星の部分に応じて、異なる偏光が見られます。
星雲のさまざまな領域からの光の偏光に関するこの情報は、研究者に影付きの星の位置に関する手がかりを提供する可能性があります。
その他の場合、偏光の存在によってあなたは目に見えない銀河の全体についての情報を明らかにすることができます。天文学における偏光に敏感な測定の別の使用法は、磁場の存在を検出することです。科学者たちは、太陽のコロナから発せられる非常に特定の色の光の円偏光を研究することにより、これらの場所の磁場の強さに関する情報を理解しました。
光学顕微鏡
偏光顕微鏡は、光学的に異方性であるために見えるサンプルを観察および写真撮影するため。異方性材料は、それらを通過する光の伝搬方向によって変化する光学特性を持っています。この作業を行うには、顕微鏡に、サンプルの前の光路に配置された偏光子と、対物レンズの後方開口部とビューイングチューブまたはカメラポートの間の光路に配置されたアナライザー（2番目の偏光子）の両方を装備する必要があります。
生物医学における分極の応用
今日人気のあるこのトレンドは、私たちの体には光学活性な化合物がたくさんあるという事実に基づいて、つまり、それらはそれらを通過する光の偏光を回転させることができます。異なる光学活性化合物は、光の偏光を異なる量および異なる方向に回転させることができます。
いくつかの光学活性化学物質眼疾患の初期段階で高濃度で存在します。医師は、将来、この知識を使用して眼疾患を診断できる可能性があります。医師が偏光光源を患者の目に照らし、網膜から反射された光の偏光を測定することを想像することができます。それは目の病気をテストするための非侵襲的な方法として使用されます。
私たちの時代の贈り物-LCDスクリーン
液晶画面をよく見ると、画像は、グリッドに配置された色付きの正方形の大きな配列であることに注意してください。それらには、マルスの法則が適用され、そのプロセスの物理学によって、各正方形またはピクセルが独自の色を持つための条件が作成されました。この色は、各強度の赤、緑、青の光の組み合わせです。私たちの目は三色であるため、これらの原色は人間の目が見ることができるすべての色を再現できます。
言い換えれば、3つのカラーチャネルのそれぞれの強度を分析することにより、特定の波長の光を概算します。
ディスプレイはこの欠陥を利用しますが、各タイプの受容体を選択的に標的とする3つの波長を表示します。液晶相は基底状態で存在し、分子が層内に配向し、後続の各層がわずかにカールしてらせん状のパターンを形成します。
7セグメント液晶ディスプレイを備えたLCD：
- 正極。
- 負極。
- 偏光子2。
- 表示。
- 偏光子1。
- 液晶。
ここでLCDは2枚のガラス板の間にあります。電極が装備されています。 LCは、液晶と呼ばれる「ねじれた分子」を持つ透明な化合物です。一部の化学物質の旋光性の現象は、偏光面を回転させる能力によるものです。
立体視3D映画
分極は人間の脳を可能にします2つの画像の違いを分析して偽の3Dを作成します。人間は三次元で見ることはできません。私たちの目は二次元の画像でしか見ることができません。しかし、私たちの脳は、それぞれの目が見るものの違いを分析することによって、オブジェクトがどれだけ離れているかを把握することができます。このプロセスは立体視として知られています。
私たちの脳は疑似3Dしか見ることができないので、映画製作者は、このプロセスを使用して、ホログラムに頼ることなく3次元の錯覚を作り出すことができます。すべての3Dムービーは、各目に1つずつ、合計2枚の写真を配信することで機能します。 1950年代までに、偏光は画像分離の主要な方法になりました。劇場では、各レンズの上に直線偏光子を備えた2台のプロジェクターが同時に動作するようになりました。
現世代の3D映画、テクノロジー向きの問題を処理する円偏光に切り替えました。このテクノロジーは現在RealDによって製造されており、3D市場の90％を占めています。 RealDは、時計回りと反時計回りの偏光を非常にすばやく切り替える円形フィルターをリリースしたため、2台ではなく1台のプロジェクターのみが使用されます。
