양극화를 가장 먼저 발견 한 사람을 찾아 내기는 어렵습니다.광택. 고대인들은 특정 방향으로 하늘을 바라 보면 특이한 점을 발견 할 수있었습니다. 양극화는 많은 단점을 가지고 있으며 삶의 다른 영역에서 나타납니다. 오늘날 그것은 대량 연구 및 적용의 주제이며 모든 이유는 Malus의 법칙입니다.
편광의 발견
바이킹은 편광을 사용했을 수 있습니다.탐색을위한 하늘. 그렇지 않더라도 그들은 확실히 아이슬란드와 멋진 방해석을 발견했습니다. 아이슬란드 스파링 (방해석)은 그 시대에 알려졌고 아이슬란드 주민들에게 그 이름을 빚지고 있습니다. 광물은 독특한 광학적 특성으로 인해 한때 항해에 사용되었습니다. 그것은 현대의 편광 발견에 중요한 역할을했으며 계속해서 빛의 편광 성분을 분리하는 데 선호되는 재료입니다.
1669 년, 코펜하겐에서 온 덴마크 수학자Erasmus University Bartholinus는 이중 조명을 보았을뿐만 아니라 60 페이지 분량의 회고록을 작성하는 몇 가지 실험도 수행했습니다. 이것은 편광 효과에 대한 최초의 과학적 설명이었으며, 저자는이 놀라운 빛의 속성을 발견 한 사람으로 간주 될 수 있습니다.
Christian Huygens는 펄 스파를 개발했습니다.그가 1690 년에 그의 유명한 책 Traite de la Lumiere에서 출판 한 빛의 이론. 동시에 Isaac Newton은 그의 저서 Opticks (1704)에서 빛의 입자 이론을 발전 시켰습니다. 결국 빛은 두 가지 성질 (파동과 입자)을 가지고 있기 때문에 둘 다 옳고 그름이었습니다. 그러나 Huygens는 그 과정에 대한 현대적 이해에 더 가까웠다.
1801 년 Thomas Jung은두 개의 슬릿을 사용한 간섭 실험. 빛은 파도처럼 행동하고 파도의 중첩은 어둠 (파괴 간섭)으로 이어질 수 있음을 입증했습니다. 그는 그의 이론을 사용하여 뉴턴의 고리와 초자연적 인 무지개 호 같은 것들을 설명했습니다. 과학의 돌파구는 몇 년 후 Jung이 빛의 횡파 특성에서 편광이 발생한다는 것을 보여 주면서 나타났습니다.
젊은 Etienne Louis Malus는 격동의 시대에 살았습니다.프랑스 혁명과 테러의 시대. 그는 이집트, 팔레스타인과 시리아 침공에 나폴레옹의 군대와 함께 참여하여 몇 년 후 그를 죽인 전염병에 걸렸습니다. 그러나 그는 양극화에 대한 이해에 중요한 기여를했습니다. 편광판을 통해 투과되는 빛의 세기를 예측 한 Malus의 법칙은 21 세기에 액정 화면을 만드는 데 가장 인기있는 법칙 중 하나가되었습니다.
저명한 과학 작가 인 데이비드 브루스터 경은이색 성 및 흡수 스펙트럼과 같은 광학 물리학 주제와 입체 사진과 같은 더 인기있는 주제를 연구했습니다. 유명한 브루스터의 말 : "유리를 제외하고는 모든 것이 투명하다."
그는 또한 빛 연구에 귀중한 공헌을했습니다.
- "편광 각도"를 설명하는 법칙.
- 만화경의 발명.
브루스터는 많은 사람들을 위해 Malus의 실험을 반복했습니다.유리의 변칙성을 발견하고 "Brewster 's angle"이라는 법칙을 발견 한 보석 및 기타 재료. 그의 말에 따르면, "... 빔이 편광 될 때 반사 된 빔은 굴절 된 빔과 직각을 이룹니다."
Malus의 편광 법칙
양극화에 대해 이야기하기 전에 먼저빛을 기억하십시오. 빛은 파동이지만 때로는 입자입니다. 그러나 어쨌든 빛을 램프에서 눈으로 이동하는 선으로 생각하면 편광이 의미가 있습니다. 대부분의 빛은 모든 방향으로 진동하는 혼합 된 광파입니다. 이 진동 방향을 빛의 편광이라고합니다. 편광판은이 엉망진창을 정리하는 장치입니다. 빛을 혼합하는 모든 것을 받아들이고 특정 방향으로 진동하는 빛만 통과시킵니다.
Malus Law의 문구는 다음과 같이 들립니다.완전히 편평한 편광이 분석기에 입사되면 분석기에서 투과되는 빛의 강도는 분석기의 투과 축과 편광기 사이 각도의 코사인 제곱에 정비례합니다.
횡 전자파는 둘 다 포함합니다전기장 및 자기장, 광파의 전기장은 광파 전파 방향에 수직입니다. 가벼운 진동의 방향은 전기 벡터 E입니다.
기존의 비 편광 빔용빛이 폴라로이드를 통과 할 때 전기 벡터는 계속해서 방향을 무작위로 변경하고, 결과적인 빛은 특정 방향으로 진동하는 전기 벡터와 함께 평면 편광됩니다. 떠오르는 빔의 벡터 방향은 폴라로이드의 방향에 따라 달라지며, 편광 평면은 E- 벡터와 광선을 포함하는 평면으로 설계됩니다.
아래 그림은 수직 EI와 수평 EII로 인한 편평한 편광을 보여줍니다.
편광되지 않은 빛은 Polaroid P를 통과합니다.1, 그런 다음 폴라로이드 P 2를 통해 y ax-s와 각도 θ를 형성합니다. X 방향을 따라 전파되는 빛이 폴라로이드 P 1을 통과 한 후 편광 된 빛과 관련된 전기 벡터는 y 축을 따라 진동합니다.
이제이 편광을 허용하면빔은 다시 편광 된 P 2를 통과하여 y 축과 각도 θ를 형성하고 E 0이 P 2에서 입사 전계의 진폭이면 P 2에서 나오는 파의 진폭은 다음과 같습니다. E 0 cosθ, 따라서 떠오르는 빔의 강도는 Malus의 법칙 (공식) I = I 0 cos 2 θ에 따릅니다.
여기서 I 0은 θ = 0 θ가 분석기의 투과면과 편광판 사이의 각도 일 때 P 2에서 나오는 빔의 강도입니다.
광도 계산 예
Malus의 법칙 : 나는 1 = 나는 cos 2 (q);
여기서 q는 편광의 방향과 편광자의 투과 축 사이의 각도입니다.
강도 I o = 16의 편광되지 않은 빛W / m2는 한 쌍의 편광판에 떨어집니다. 첫 번째 편광판은 수직에서 50도 정렬 된 투과 축을 가지고 있습니다. 두 번째 편광판은 수직에서 20 °의 거리에 정렬 된 투과 축을 가지고 있습니다.
Malus의 법칙에 대한 테스트는 첫 번째 편광판에서 나올 때 빛의 강도를 계산하여 수행 할 수 있습니다.
4W / m 2
16 cos 2 50o
8W / m 2
12W / m 2
빛은 편광되지 않으므로 I 1 = 1/2 I o = 8 W / m 2.
두 번째 편광판의 빛 강도 :
나는 2 = 4 W / m 2
나는 2 = 8 cos 2 20 o
나는 2 = 6 W / m 2
이것은 Malus Law, 문구가 따릅니다.빛이 첫 번째 편광판을 빠져 나가면 50o에서 선형으로 편광됨을 확인합니다. 이것과 제 2 편광판의 투과 축 사이의 각도는 30 °이다. 따라서:
나는 2 = 나는 1 cos 2 30o = 8 * 3/4 = 6 W / m 2.
이제 16W / m 2 강도의 광선의 선형 편광이 동일한 편광판 쌍에 속합니다. 입사광의 편광 방향은 수직에서 20o입니다.
첫 번째와 첫 번째에서 나오는 빛의 강도두 번째 편광판. 각 편광판을 통과하면 강도가 3/4 배 감소합니다. 첫 번째 편광판을 떠난 후 강도는 16 * 3/4 = 12 W / m 2이고 두 번째를 통과하면 12 * 3/4 = 9 W / m 2로 감소합니다.
Malus의 법칙 편광에 따르면 한 방향의 편광에서 다른 방향으로 빛을 바꾸려면 더 많은 편광판을 사용하여 강도 손실이 줄어 듭니다.
편광 방향을 90으로 회전한다고 가정합니다.약.
| N, 편광판 수 | 연속 편광판 사이의 각도 | 그리고 1 / 나 약 |
| 1 | 90 약 | 0 |
| 2 | 45 약 | 1/2 x 1/2 = 1/4 |
| 3 | 30 약 | 3/4 x 3/4 x 3/4 = 27/64 |
| 엔 | 90 / N | [코사인 2 (90 약 / N)] 엔 |
브루스터 반사각 계산
빛이 표면에 닿으면 빛의 일부가반사되고 부품이 투과합니다 (굴절). 이 반사와 굴절의 상대적인 양은 빛을 통과하는 물질과 빛이 표면에 닿는 각도에 따라 달라집니다. 물질에 따라 빛을 최대한 굴절 (투과) 할 수있는 최적의 각도가 있습니다. 이 최적의 각도는 스코틀랜드의 물리학 자 David Brewster의 각도로 알려져 있습니다.
일반 편광 백색광에 대한 브루스터 각도는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
세타 = 아크 탄 (n1 / n2),
여기서 theta는 Brewster 각도이고 n1과 n2는 두 매체의 굴절률입니다.
최대 각도를 계산하려면유리를 통한 빛의 투과-굴절률 표에서 공기의 굴절률은 1.00이고 유리의 굴절률은 1.50입니다.
브루스터 각도는 arctan (1.50 / 1.00) = arctan (1.50) = 56도 (대략)입니다.
최대 물 침투를위한 최상의 광각을 계산합니다. 굴절률 표에서 공기의 굴절률은 1.00이고 물의 굴절률은 1.33입니다.
브루스터 각도는 arctan (1.33 / 1.00) = arctan (1.33) = 53도 (대략)입니다.
편광의 응용
거리의 평범한 남자는 상상조차하지 못합니다세계에서 편광판이 얼마나 집중적으로 사용되는지. Malus의 법칙의 빛의 편광은 모든 곳에서 우리를 둘러싸고 있습니다. 예를 들어, 폴라로이드 선글라스와 같은 인기 품목과 카메라 렌즈 용 특수 편광 필터 사용. 다양한 과학 기기는 레이저 또는 백열등 및 형광 광원을 편광하여 방출되는 편광을 사용합니다.
편광판은 때때로 조명에 사용됩니다.눈부심을 줄이고보다 균일 한 조명을 제공하고 3D 영화에 눈에 보이는 깊이 감을주는 안경으로 사용할 수 있습니다. 교차 편광판은 우주복에도 사용되어 잠자는 동안 우주 비행사의 눈에 들어오는 태양의 빛의 양을 크게 줄입니다.
자연의 광학의 비밀
하늘색, 붉은 석양, 흰색은 왜구름? 누구나 어린 시절부터 이러한 질문을 알고 있습니다. Malus와 Brewster의 법칙은 이러한 자연적인 효과를 설명합니다. 우리의 하늘은 태양 덕분에 정말 화려합니다. 밝은 백색광에는 빨강, 주황, 노랑, 녹색, 파랑, 남색, 보라색 등 무지개의 모든 색상이 내장되어 있습니다. 특정 조건에서 사람은 무지개, 일몰 또는 회색 늦은 저녁을 만납니다. 하늘은 햇빛의 "산란"때문에 파랗습니다. 파란색은 다른 색상보다 파장이 짧고 에너지가 많습니다.
결과적으로 파란색은 선택적으로 흡수됩니다.공기 분자는 모든 방향으로 다시 방출됩니다. 다른 색상은 산란이 적기 때문에 일반적으로 보이지 않습니다. 한낮의 태양은 노란색으로 파란색을 흡수합니다. 일출 또는 일몰시 햇빛은 낮은 각도로 침투하여 두꺼운 대기를 통과해야합니다. 결과적으로 파란색은 조심스럽게 흩어져 대부분이 공기에 완전히 흡수되고 다른 색상, 특히 주황색과 빨간색이 손실되고 흩어져 영광스러운 색상의 지평선을 만듭니다.
햇빛 색깔도 모든 것을 책임집니다우리가 지구에서 사랑하는 그늘, 푸른 잔디 또는 청록색 바다. 각 물체의 표면은 자신을 구별하기 위해 반사 할 특정 색상을 선택합니다. 구름은 모든 색상의 훌륭한 반사기 또는 확산기이기 때문에 종종 반짝이는 흰색입니다. 반환 된 모든 색상은 중성 흰색에 함께 추가됩니다. 우유, 분필 및 설탕과 같은 일부 재료는 모든 색상을 고르게 반사합니다.
천문학에서 편광 감도의 가치
Malus의 법칙 효과 연구천문학의 양극화는 무시되었습니다. Starlight는 거의 완전히 무 편광이며 표준으로 사용할 수 있습니다. 천문학에서 편광의 존재는 빛이 어떻게 생성되었는지 우리에게 알려줄 수 있습니다. 일부 초신성에서 방출되는 빛은 편광되지 않습니다. 고려중인 별의 부분에 따라 다른 편광을 볼 수 있습니다.
성운의 여러 영역에서 나오는 빛의 편광에 대한이 정보는 연구자들에게 그림자가있는 별의 위치에 대한 단서를 제공 할 수 있습니다.
다른 경우에는 편광의 존재에 의해보이지 않는 은하계 전체에 대한 정보를 공개 할 수 있습니다. 천문학에서 편광에 민감한 측정의 또 다른 용도는 자기장의 존재를 감지하는 것입니다. 과학자들은 태양의 코로나에서 발산되는 매우 특정한 색의 빛의 원형 편광을 연구함으로써 이러한 장소에서 자기장의 강도에 대한 정보를 알아 냈습니다.
광학 현미경
편광 현미경은광학적 이방성으로 인해 보이는 샘플을 관찰하고 촬영하는 데 사용됩니다. 이방성 재료는 통과하는 빛의 전파 방향에 따라 변화하는 광학적 특성을 가지고 있습니다. 이 작업을 수행하려면 현미경에 샘플 앞의 광 경로에 위치한 편광기와 대물 렌즈 후방 개구부와 관찰 튜브 또는 카메라 포트 사이의 광학 경로에 배치 된 분석기 (두 번째 편광판)가 모두 장착되어 있어야합니다.
생물 의학에서 편광의 응용
오늘날 인기있는이 트렌드는우리 몸에는 광학적으로 활성 인 많은 화합물이 있다는 사실, 즉 그것들을 통과하는 빛의 편광을 회전시킬 수 있습니다. 다른 광학 활성 화합물은 빛의 편광을 다른 양과 다른 방향으로 회전시킬 수 있습니다.
일부 광학 활성 화학 물질안구 질환의 초기 단계에서 더 높은 농도로 존재합니다. 의사는 잠재적으로이 지식을 사용하여 향후 안구 질환을 진단 할 수 있습니다. 의사가 환자의 눈에 편광 된 광원을 비추고 망막에서 반사 된 빛의 편광을 측정한다고 상상할 수 있습니다. 안구 질환 검사를위한 비 침습적 방법으로 사용됩니다.
우리 시대의 선물-LCD 화면
LCD 화면을 자세히 보면이미지는 격자에 배열 된 색상 사각형의 큰 배열입니다. 그들 안에는 Malus의 법칙이 적용되었으며, 그 과정의 물리학은 각 정사각형 또는 픽셀이 자체 색상을 갖도록 조건을 생성했습니다. 이 색상은 각 강도에서 빨간색, 녹색 및 파란색 빛의 조합입니다. 이 원색은 우리 눈이 삼색이기 때문에 인간의 눈으로 볼 수있는 모든 색을 재현 할 수 있습니다.
즉, 세 가지 색상 채널 각각의 강도를 분석하여 특정 파장의 빛을 근사합니다.
디스플레이는이 결함을 이용하지만각 유형의 수용체를 선택적으로 표적으로 삼는 세 가지 파장을 표시합니다. 액정상은 분자가 층으로 배향되어있는 바닥 상태에 존재하며, 이후의 각 층은 약간 말려서 나선형 패턴을 형성합니다.
7 세그먼트 액정 디스플레이가있는 LCD :
- 양극.
- 음극.
- 편광판 2.
- 디스플레이.
- 편광판
- 액정.
여기 LCD는 두 개의 유리판 사이에 있습니다.전극이 장착되어 있습니다. LC는 액정이라고 불리는 "꼬인 분자"를 가진 투명한 화합물입니다. 일부 화학 물질의 광학 활동 현상은 편광 평면을 회전시키는 능력 때문입니다.
입체시 3D 영화
양극화는 인간의 두뇌를 가능하게합니다두 이미지의 차이점을 분석하여 가짜 3D. 인간은 3 차원으로 볼 수 없으며 우리의 눈은 2 차원 이미지로만 볼 수 있습니다. 그러나 우리의 뇌는 각 눈이 보는 것의 차이를 분석하여 물체가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 파악할 수 있습니다. 이 과정을 입체 시라고합니다.
우리 뇌는 의사 3D 만 볼 수 있기 때문에영화 제작자는이 프로세스를 사용하여 홀로그램에 의존하지 않고도 3 차원의 환상을 만들 수 있습니다. 모든 3D 영화는 각 눈에 하나씩 두 장의 사진을 제공하여 작동합니다. 1950 년대에는 편광이 이미지 분리의 지배적 인 방법이되었습니다. 극장에는 각 렌즈 위에 선형 편광판이있는 두 대의 프로젝터가 동시에 작동하기 시작했습니다.
현재 세대의 3D 영화, 기술방향 문제를 해결하는 원형 편광으로 전환되었습니다. 이 기술은 현재 RealD에서 생산하며 3D 시장의 90 %를 차지합니다. RealD는 시계 방향과 반 시계 방향 편광 사이를 매우 빠르게 전환하는 원형 필터를 출시하여 두 대가 아닌 하나의 프로젝터 만 사용합니다.
