편광판

편광상태가 무질서하게 섞여있는 "편광안된 빛"에서 특정한 방향으로의 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 광학기구를 편광판(polarizer)이라고 한다.

이러한 물질은 여러 가지 종류가 있을 수 있으나, 대체로 한 방향의 선편광된 빛을 선택적으로 흡수하거나 굴절시켜 버려서 그 방향에 수직한 선편광만을 통과시키기 때문에 편광판의 역할을 하게 된다. 이때 선택적으로 통과시키는 방향을 편광축이라 하는 데 편광축의 성분을 전부 투과시키고, 수직성분을 전부 차단시킨다면 이는 이상적인 편광판이 된다.

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편광판의 작동_ 그림의 왼쪽에서 편광안된 빛이 입사하여 편광판과 이와 같은 기능을 하는 검광판을 거쳐서 오른쪽으로 나온다. 편광판의 편광축은 $x$ 방향으로 되어 있어 이를 통해 나오는 빛은 $x$ 방향으로 선형편광되어 있다. 한편 검광판은 $x$ 축에 대해 $\theta$ 기울어져 있어 이를 통과한 빛의 진폭은 $\cos(\theta)~$ 배, 밝기는 $\cos^2(\theta)~$ 배로 된다. 화면 아래의 슬라이더를 이동시키면 $\theta$ 를 변경할 수 있고, 또한 화면을 마우스로 드래그 하면 그림을 회전시켜 볼 수 있다.

빛의 편광방향을 전기장의 진동 방향으로 삼고 있고, 편광판은 전기장을 편광축에 나란한 성분만 통과시키게 된다. 따라서 편광축에 대해

$\theta$ 의 각을 하고 있는 선편광의 빛이 들어오는 경우를 생각해 보자. 입사하는 전기장의 진폭을

$E_{io}$ 라 할 때, 편광판을 통과하는 전기장

$E_{to}$ 은 이의 편광축 성분이 되어

$E_{to}(\theta) = E_{io} \cos \theta$ 빛의 밝기는 진폭의 제곱에 비례하므로 아래와 같은 투과 밝기의 식을 쓸 수 있을 것이다. 이를 말루스의 법칙이라 한다.

$I(\theta)=I(0)\cos^2\theta$ 여기서

$I(\theta)$ 는 투과한 빛의 밝기이고,

$I(0)$ 는 입사한 빛의 밝기, 투과한 빛의

$\theta=0$ 에서의 밝기이다. 원래 말루스는 이 관계를 빛의 전자기파로서의 성질이 규명되기 훨씬 이전인 1809년에 발견하였다. 이는 빛의 파동량이 성분으로 분해되기도 하고 합성되기도 하는 벡터의 성질을 가지고 있는 것을 처음으로 확인시켜 준 것이다.