偏光について

質問

偏光板に対して垂直に光を当てて偏光板を回転させると、透過光が暗くなったり明るくなったりします。偏光板の向きによってある方向成分の振動のみが通過出来たため透過光の強度が減少しますが、これでは電場のみ・もしくは磁場のみが通過した事になってしまい電磁波として伝播して行かないのではないですか？マクスウェル電磁気学の章で光は電磁波であり、電磁波は電場と磁場が直交して空間を伝播していくものと習い、電場と磁場が互いに連結している鎖のような挿絵で説明されていました。これだと電場の振動に平行な向きに偏光板を置いた時、電場と垂直な向きに振動している磁場は偏光板に遮断されて通過できるのは電場だけになってしまい、これでは光では無くなってしまうのではないですか？
また偏光板に垂直に入射したとき、透過光の強度は入射光の強度の何倍になるのですか？予想では１方向の成分の光しか通さないので１周2π[rad]で割ってその２倍した、1/π倍に近似されるような気がします。

回答No.9

hitokotonusi

これを書かないといけないのかな。

光は二つの互いに直交する二つの直線偏光に分解可能。逆に言えば、二つの互いに直交する二つの直線偏光を重ねあわせれば、どんな偏光状態の光でも作りだすことができる。

だから光を扱うときは、互いに直交する2つの成分をだけを考えればよい。(例外あり)

回答No.8

hitokotonusi

ANo.3のコメントについて

＞ザックリとでも良いので強度がE1^2/(E1^2 + E2^2)倍となる説明をお願いします。

光の強度は電場の二乗に比例するので、互いに直交する二つの成分をE1、E2とすれば、強度はE1^2+E2^2に比例する。入射光もこう書くことができる。偏光板透過後はE2が脱落してE1^2に比例するので、比をとればいい。

＞また安い偏光板だとなぜ吸収が多いのですか？

ヨウ素は孤立しているので、バンドは構成してない。単純にヨウ素原子による吸収。ヨウ素って紫がかった黒っぽいもんでしょ。もともとヨウ素原子単独でもけっこう吸収があるもんなんですよ。それに加えて棒状分子になると長さ方向に電流が発生してジュール熱による損失も加わるので、縦横で吸収率が異なる。これを二色性といいますが、この二色性を利用しているのが偏光板。だから、透過方向と言えども吸収はあります。

回答No.7

中村 拓男（@tknakamuri）

偏光板は配向された細長い分子が、それと平行な電場をよく吸収する
というのが原理じゃありませんでしたっけ？　その向きの磁場は吸収しません。

削られる電場の向きに対応する磁場(90度電場と向きが違う磁場成分)も当然なくなりますが、
それだけだと思います。

回答No.6

hitokotonusi

No.5さん。よくある誤解ですが、これは違いますよ。

＞ヨウ素分子のπ電子軌道が八木アンテナの導波器の役目をします。

電流が流れる方がジュール熱に変わったり、後方散乱されたりで減衰し、結果、棒状のヨウ素分子と直交する方向が透過します。

これは、最近出てきたワイヤグリッド型の偏光フィルムと同じ理屈です。
http://www.asahi-kasei.co.jp/ake-mate/wgf/jp/

回答No.5

ORUKA1951

No.1です。光の振動方向は電場の振動面で考えます。
　ずっと昔から--少なくとも光が電磁波と同じものと分かった時点から。
　垂直のアンテナから放射される電波は垂直偏光ですし、テレビの八木アンテナの多くはエレメントを水平に--すなわち水平偏光の電波が多いです。時間と共に振動方向が回転するヘリカルアンテナの円偏光ですが・・
　水面の反射光は水平偏光されています。
　また偏光板を通過する光は、偏光板を作られた経験があればわかると思います--PVAとヨウ素で簡単にできます(^^)--が、PVAシートを引き伸ばしてヨウ素の分子を整列させます。ヨウ素分子のπ電子軌道が八木アンテナの導波器の役目をします。

＞偏光板に遮断されて通過できるのは電場だけになってしまい、これでは光では無くなってしまうのではないですか？
　これは、先に説明しましたが、アンテナは単に振動電圧を与えて内部の電荷を振動させることによって電磁波(光)を発生させます。電場の振動さえ（逆に磁場の振動でもOK）あれば、電磁波(光)は発生するのですから、電場の振動だけあれば十分なのですよ。

お礼

なぜか補足欄に書き込めない症状がずっとあって遅れてしまいすいません。

つまり仮に電場だけが偏光板を通過したとしても、その振動電場によって磁場が誘起されるので結果的に電磁波として通過するという事ですか？

回答No.4

tetsumyi

質問の意味が良くわからないのですが
偏光板に対して垂直に光を当てて偏光板を回転させても、透過光が暗くなったり明るくなったりはしないでしょう。
偏光板を２枚重ねて、一方を回転させると透過光が暗くなったり明るくなったりします。
原則として、電磁波は電子雲で満ちた物体を透過できるはずがありません。
透過したように見えるのは、物体中の電子雲が光に同調して反応して反対側から光を出すからです。
透過したように見える光はそろった向きを持つ分子配列が、１方向の偏光だけしか出すことができないためです。
だから２つの偏光版の向きが直角になると真っ暗になります。

補足

なぜか補足欄に書き込めない症状がずっとあって遅れてしまいすいません。

表面の電子が入射光によって振動して双極子放射をし、それが内部の電子に当たってまた双極子放射をする。またそれがその隣、その隣...と裏側の電子まで繰り返された結果、入射光と同じ振動数の光として出て行った光が透過光であり、物質が透明に見えるということですか？

回答No.3

hitokotonusi

書き漏らしましたが、

＞透過強度は元の強度のE1^2/(E1^2 + E2^2) 倍になります。

は吸収なしの理想的な偏光板の場合で、偏光“板”ではなくプリズムを使った偏光素子ならほぼこの値が出ます。
安いプラスチックの偏光板だと吸収もかなりあるのでこれの数分の一まで下がると同時に、E2も幾許かは通ってきます。

補足

なぜか補足欄に書き込めない症状がずっとあって遅れてしまいすいません。

申し訳ないのですが、ザックリとでも良いので強度がE1^2/(E1^2 + E2^2)倍となる説明をお願いします。
また安い偏光板だとなぜ吸収が多いのですか？バンド理論でいうギャップが小さい材質で出来ていて、電子励起とかにでも光エネルギーが使われるんですか？それともNo4の補足欄の考え方がおかしいのでしょうか。

回答No.2

hitokotonusi

＞偏光板の向きによってある方向成分の振動のみが通過出来たため

電磁波の振動方向というのは電場、もしくは、磁場、どちらかの振動方向です。
かつては磁場の方向が振動方向とされていましたが、
いつしかなしくずし的に電場の方向を振動方向とするのが普通になっています。
なので、電場が縦に振動する光が透過したら横に振動する磁場も同時に通ってきます。

＞透過光の強度は入射光の強度の何倍になるのですか？

入射光の偏光状態次第です。
入射光の互に直交する方向成分の電場がE1, E2でE1が透過するとすると、
透過強度は元の強度のE1^2/(E1^2 + E2^2) 倍になります。

回答No.1

ORUKA1951

電場(電界)の振動だけについて考えると良いです。
電磁波は何れかの振動が存在すると、それに誘引されて直角方向に磁場の振動が現れる。
その振動に誘引されて電場の振動が励起される。

例えば電波のアンテナ・・・電場を振動させるとその周囲にドーナツ状に磁界が現れる。そしたらそれを覆うように--ドーナツに糸を巻くと想像すると良い---電場が発生します。そうするとそれを打つ消す方向に磁場が・・・の繰り返しですからね。

　透過するのは、偏光板に平行な成分は100%、直角な成分はゼロとしても、他の振動面を持つ光の平行成分(ベクトルで二成分に分ける)は、その成分だけは透過します。まあ、偏光板の性能に大きく依存しますが半分と考えてよい。
|||| に対して、↓↑　はすべて、→←はゼロ　／＼　はその垂直成分のみは透過・・