태양에서 방출되는 원래의 빛은 거의 편광되어 있지 않다. 그러나 하늘을 편광판으로 관측하면 방향에 따라 부분편광, 혹은 선편광 되어 있는 것을 알 수 있다.이는 아래 그림에서 보이는 것처럼 대기의 공기 분자가 태양빛을 산란시켜 이 산란된 빛이 그것을 쳐다보는 방향에 따라 편광을 달리 가지기 때문이다.
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공기분자에 의해 산란된 빛의 편광_ 편광안된 빛이 공기 분자에 의해 산란되어 산란된 빛의 방향에 따라 선편광이나 일부 선편광이 섞여있는 부분편광된 것을 보여주고 있다. 여기서 공기 분자는 들어오는 빛의 전기장의 방향으로 쌍극자 진동을 하고 이에 따라 재복사되는 빛은 그 진동방향으로의 전기장의 성분을 가지게 된다.
아래 그림은 중심, 즉 좌표의 원점 부근에서 빛이 산란될때 시야에 따라 공기 분자의 쌍극자 진동이 달라져 보이는 모습을 보여주고 있다. 마우스로 끌어서 시야를 이리저리 이동시키면 쌍극자 진동의 정도가 그 방향에 따라 다르게 보이는 데 이것이 그 방향에서 관찰할 수 있는 편광상태가 된다. 따라서 화면의 좌표계에서 xy 평면상에서는 언제나 선편광된 빛이 관측되고, 또한 z축 방향에서는 원래의 빛과 같이 전혀 편광되지 않은 빛이 관측된다. 그러나 그 외의 방향에서는 한 방향으로 편광이 강세를 보이긴 하지만 제멋대로의 편광도 약하게 섞여 있는 편광상태가 관측될 것이다. 이렇게 특정한 편광과 편광안된 빛이 섞여 있는 것을 부분편광되어 있다고 말한다.
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산란된 빛의 편광 상태_ -z 방향에서 편광안된 빛이 좌표의 원점 부근에 있는 공기분자들에 의해 사방으로 산란된다. 이때 x, y, z축 방향과 yz 평면 위의 몇 개의 방향으로 나가는 빛의 편광상태를 보여주고 있다. 녹색 화살로 표시한 것은 광원에서 나온 빛과 산란된 빛의 편광상태를 나타낸다. 한편 공기 분자의 쌍극자 진동을 붉은 색조의 화살로 나타내었는 데 화면을 마우스로 끌어 시야를 이동시켜보면 방향에 따라 쌍극자의 진동이 달라져서 보인다. 이때 쌍극자의 진동의 방향이 그 방향에서 관찰할 수 있는 편광의 방향이 된다. 시야를 xy 평면 위에 두면 이 쌍극자 진동이 직선으로 보이므로 여기서 관찰할 수 있는 빛은 완전하게 선편광되어 있는 것을 알 수 있다.
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하늘의 방향에 따른 편광상태_ 지구상에서 하늘을 볼때 방향에 따라 부분적으로 편광되어 있는 것을 보여주고 있다.
사진찰영기법 중에서 편광필터를 이용하는 법이 널리 알려져 있다. 편광필터를 렌즈 앞면에 부착하여 그 편광축을 적절히 돌려주어 하늘의 명암대비를 극명하게 하여 깊은 맛을 주는 사진을 촬영할 수 도 있고, 쇼윈도 내부를 촬영할 때 유리에서 반사되는 쓸데없는 빛을 제거하기도 한다. 이 원리를 생각해 보자.
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