글로벌 세계 대백과사전/수학·물리·화학·실험/물리/빛과 파동/편광과 그 이용
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편광과 그 이용
[편집]편광
[편집]빛의 파동이 음파와 같이 종파이면 빛의 현상은 모두 파동의 진행 방향을 축으로 하여 대칭으로 일어나게 될 것이다. 그러나 빛의 파동이 횡파이면 파동의 진행 방향을 축으로 해서 비대칭인 현상이 나타나게 될 것이다. 사실, 빛에는 비대칭 현상이 나타난다. 이와 같은 빛을 편광이라고 한다. 일반적인 빛에는 진행 방향을 축으로 해서 대칭 현상이 나타나지만, 이것은 모든 방향으로 편광된 빛이 섞여 있기 때문이다. 이와 같이 빛에 특별한 방향성을 가지게 하는 것을 편광을 만든다고 한다.
반사에 의한 편광
[편집]反射－偏光 편광은 유리와 같은 투명체의 표면 반사에 의해서 만들 수가 있다. 이제, 그림과 같이 빛을 유리면에 입사각 57°로 입사하면. 그 빛은 반사한 후 진동 방향이 진행 방향에 수직한 하나의 평면 내에 있는 빛으로 되어 있다. 이것을 직선 편광 또는 평면 편광이라고 한다. 그러나 이 빛 그대로는 편광되어 있는가를 알 수는 없다. 이것을 조사하려면 다음과 같이 한다. 제2의 유리판을 앞에서와 같이 입사각을 57˚로 해서 처음 A와 B의 유리를 평행하게 놓는다. 다음에 이 위치로부터 B의 유리를 AB를 축으로 90˚회전하면, 반사광이 약해지는 것으로부터 편광되어 있는 것을 알 수 있다. 이 경우 A유리와 같이 편광을 만드는 것을 편광판이라 하고 B유리와 같이 편광을 조사하는 것을 검광판이라 한다.
복굴절
[편집]複屈折 투명한 방해석을 통하여 글자를 보면 글자가 이중으로 보인다. 이것은 글자로부터의 빛이 방해석을 지날 때 2개로 갈라져서 굴절하기 때문이다. 이와 같은 현상을 복굴절이라고 한다. 2개로 갈라진 빛 중 보통 굴절의 법칙에 따르는 빛을 정상 광선(O), 굴절의 법칙에 따르지 않은 빛을 이상 광선(E)이라고 한다. 방해석 위에 검광판을 놓고, 이것을 회전시켜가면서 보면 정상 광선과 이상 광선은 검광판의 위치에 의해서 밝기가 다르게 보이고, 특별한 위치에서는 완전히 볼 수 없게 된다. 정상 광선이 보이지 않을 때에는 이상 광선이 가장 밝고, 정상 광선이 가장 밝을 때에는 이상 광선은 보이지 않는다. 이와 같은 것에서 정상 광선과 이상 광선은 각각 편광이고, 진동 방향은 서로 수직이라는 것을 알 수 있다. 방해석이나 수정과 같은 육방정계의 결정에 빛이 들어가면 정상 광선은 어떤 방향에 대해서도 같은 속도로 나아가지만, 이상 광선은 방향에 따라서 속도가 다르다. 이때, 정상 광선의 파면은 구면이지만 이상 광선은 회전 타원면이고, 광축(X축)의 방향에서 양자의 속도는 같다. 이 때문에 정상 광선은 굴절률이 일정하지만, 이상 광선은 방향에 따라서 굴절률이 달라진다. 암염이나 다이아몬드와 같은 등축 정계의 결정에서는 등질이므로 방향에 따라 차가 없고 복굴절도 일어나지 않는다. 결정의 대칭이 가장 나쁜 삼사정계의 결정은 복굴절을 일으키지만, 광축이 2개 있기 때문에 복잡한 것이 된다. 이와 같은 결정을 광학 부품으로 사용할 때에는 결정체의 성질이나 광축은 광학면과 어떤 관계에 있는가를 알아둘 필요가 있다. 니콜 프리즘――방해석의 결정은 복굴절을 일으키고, 결정에 입사한 빛은 서로 직각인 진동을 하는 정상 광선과 이상 광선 두 성분으로 갈라진다. 니콜 프리즘은 이 한쪽의 성분만을 꺼내는 장치로 방해석의 결정을 대각면에서 둘로 나누고, 그것을 캐나다 발삼으로 붙여 놓았다. 정상 광선과 이상 광선에 대한 방해석의 굴절률 nO, nE와 캐나다 발삼의 굴절률 nB는 nO=1.658, nB= 1.55, nE=1.486이기 때문에 정상 광선은 대각면에서 전반사되어 이상 광선만이 통과한다. 이 이상 광선을 편광원으로 한 것이 니콜 프리즘이다. 전기석――전기석을 광축에 수직으로 얇게 잘라서 판자 모양으로 한 것에 빛을 통하면 한 방향의 진동 빛은 통과하지만, 이것과 직각인 진동 방향의 빛은 결정 내에서 흡수되어 버린다. 이 전기 석판을 두 장 사용해서 한쪽을 고정하고 다른쪽을 회전시키면 어떤 위치에서 편광은 완전히 흡수되어서 시야는 어두워진다. 즉, 전기석은 정상 광선을 흡수하고 이상 광선만 통과시키는 광물이다. 이것이 편광의 실험에 사용된다. 인조 편광판――인공적으로 한 방향의 편광만을 통하게 한 편광기를 인조 편광판이라고 한다. 폴리비닐 알코올 필름에 요오드를 흡수시켜서 잡아 당겨 늘이면 한 방향의 편광만을 통하게 할 수 있다. 이것을 유리판에 끼워서 밀봉한 것으로 큰것도 만들고 있다.