偏光の概要

光の偏光を理解し、操作することは、多くの光学アプリケーションにとって重要です。 光学設計は、偏光を無視しながら、光の波長と強度に焦点を当てることがよくあります。 しかしながら、偏光は光の重要な特性であり、それを明示的に測定しない光学系にも影響を及ぼします。, 光の偏光はレーザービームの焦点に影響を与え、フィルターのカットオフ波長に影響を与え、不要な逆反射を防ぐために重要になります。 それはガラスまたはプラスチックの圧力分析、薬剤の原料の分析および生物顕微鏡検査のような多くの度量衡学の適用のために必要である。 ライトの異なった分極はまたLCDスクリーンのための材料、必要な特性、3D映画およびあなたのまぶしさ減少のサングラスによって異なった程度に吸収,

偏光を理解する

光は電磁波であり、この波の電界は伝搬方向に垂直に振動します。 この電場の方向が時間の経過とともにランダムに変動する場合、光は非偏光と呼ばれます。 日光、ハロゲン照明、LEDのスポットライトおよび白熱球根のような多くの共通の光源は非偏光ライトを作り出します。 光の電界の方向が明確に定義されている場合、それは偏光と呼ばれます。 最も一般的な偏光源はレーザーです。,

電場の向きに応じて、偏光を三つのタイプの偏光に分類します。

• 線形偏光：光の電場は伝播方向に沿って単一の平面に閉じ込められます（図1）。
• 円偏光：光の電場は、互いに垂直で振幅は等しいが、位相差はπ/2である二つの線形成分からなる。, その結果、電場は伝搬方向を中心に円で回転し、回転方向に応じて左または右の円偏光と呼ばれます（図2）。
• 楕円偏光：光の電場は楕円を表します。 これは、振幅が異なる二つの線形成分および/またはπ/2ではない位相差の組み合わせに起因する。 これは偏光の最も一般的な説明であり、円偏光と直線偏光は楕円偏光の特別な場合と見ることができます（図3）。,

反射と透過に最も重要な二つの直交線形偏光状態は、p偏光とs偏光と呼ばれます。 P偏光（ドイツの平行から）光は入射面に平行に分極された電界偏光を有し、s偏光（ドイツのsenkrechtから）光はこの平面に垂直である。,

偏光を操作する

偏光子

光の特定の偏光を選択するために、偏光子が使用されます。 偏光子は、反射偏光子、二色性偏光子、および複屈折偏光子に大別することができる。 どのタイプの偏光子があなたの適用のために右であるか詳細情報は私達の偏光子の選択ガイドで見つけることができます。,

反射偏光子は、残りの部分を反射しながら所望の偏光を透過する。 ワイヤグリッド偏光子は、互いに平行に配置された多くの細いワイヤからなる、これの一般的な例である。 これらのワイヤに沿って偏光された光が反射され、これらのワイヤに垂直に偏光された光が透過される。 他の反射偏光子はBrewsterの角度を使用します。 ブリュースターの角度は、s偏光のみが反射される特定の入射角である。 反射ビームはｓ偏光であり，透過ビームは部分的にｐ偏光になる。,

二色性偏光子は、光の特定の偏光を吸収し、残りを透過させる。

複屈折偏光子は、光の偏光に対する屈折率の依存性に依存する。 異なった分極は異なった角度で屈折し、ライトのある特定の分極を選ぶのにこれが使用することができます。

非偏光光は、p偏光とs偏光の急速に変化するランダムな組み合わせと考えることができる。, 理想的な線形偏光子は、最初の非偏光強度I0を半分に減らす、二つの線形偏光のいずれかを送信します

強度I0の直線偏光については、理想的な偏光子Iを通して送信される強度は、Malusの法則によって記述することができます。

ここで、θは入射線形偏光と偏光軸との間の角度である。, 平行軸の場合は100％の透過が達成され、交差偏光子としても知られる90°軸の場合は0％の透過が達成されることがわかります。 実世界の適用で伝達は決して厳密に0%に達しません、従って、偏光子は二つの交差させた偏光子を通して実際の伝達を定めるのに使用することができる消光の比率によって特徴付けられます。

ウェーブプレート

偏光子は光の特定の偏光を選択し、他の偏光を破棄しますが、理想的なウェーブプレートは、ビームを減衰、逸脱、または変位させることなく、, それらは、その直交成分に関して偏光の一つの成分を遅らせる（または遅らせる）ことによってこれを行う。 どの波長板がアプリケーションに最適かを判断するには、”波長板について”をご覧ください。 正しく選択された波長板は、任意の偏光状態を新しい偏光状態に変換することができ、直線偏光を回転させたり、直線偏光を円偏光に変換したり、またはその逆に変換したりするために最もよく使用されます。

アプリケーション

偏光制御を実装することは、さまざまなイメージングアプリケーションに役立ちます。, 偏光子は光源、レンズ、または両方に、光散乱からまぶしさを除去し、対照を高め、反射目的からホットスポットを除去するために置かれます。 ら、この方法は特に機密性の高い出をより強烈な色やコントラストにより特定の表面欠陥またはその他その他隠れた構造です。

反射ホットスポットを減らす&グレア

図5では、マシンビジョンシステムのレンズの前に線形偏光子を配置し、電子チップがはっきり, 左の画像無しの偏光子を示してランダム偏光の散乱の多くはガラス表面との間にオブジェクト、カメラセンサです。 チップの多くは、非偏光光のフレネル反射によって隠されています。 右側の画像（偏光子付き）は、物体の細部を不明瞭にするグレアなしでチップを示し、チップを閉塞することなく見て分析し、測定することができます。,

同じ現象が図6で見ることができます。 左の画像（偏光子なし）では、太陽からの非偏光光はEdmund Optics buildingの窓と相互作用しており、この光のほとんどは窓から反射しています。, 右の画像では、偏光フィルターを適用して、一方の偏光タイプに富んだ反射光がカメラセンサーから遮断され、他方の偏光タイプを使用したカメラマンがより容易に建物の中を見ることができるようにしています。

偏光子が反射グレアをどのように減らすかを確認するもう一つの特徴的な方法は、水面を見ることです。 図7では、水の表面は左の画像で反射しているように見え、表面の下にあるものを隠しています。 しかし、右側には、水域の床にある岩の破片がはるかにはっきりと見えます。

ホットスポットは、より拡散した反射フィールド内のフィールドの反射性の高い部分です。 図8では、偏光子をカメラのレンズの前とシーンを照らす光源の上に配置して、ホットスポットを減らしています。

垂直に配向された二つの線形偏光子を有する交差偏光光により、ホットスポットを完全に減少または除去することができる。

二つの偏光子の偏光軸間の角度差は、偏光子のセットの全体的な光減衰量に直接関係しています。 角度オフセットを変更することにより、偏光子セットの光学密度を変化させることができ、中性密度フィルタを使用するのと同様の効果を達成する。 これは全面的な分野が均等に照らされることを保障する。

コントラストとカラー効果の改善

リングライトガイドは、均一な拡散照明のために一般的な照明源です。 但し、リング自体のまぶしさか反射は起こるかもしれません。, リングライト出力とレンズを別々に偏光すると、これらの影響を軽減し、図9に示すように表面の詳細を引き出すことができます。

図11は、Edmund Optics本社で撮影した写真と、カメラレンズの前で偏光子を使用するかどうかによる空、草、葉の色の変化を示しています。, 空気分子中の電子は多くの方向に光を散乱させるため、偏光子のない空の外観は、左の画像（偏光子のない）に見られるように、より明るい青色です。 さらに、木の葉の表面と草の葉の表面は非常にわずかに反射しています。 偏光子を使用して、これらの表面から反射された光の一部をフィルタリングし、これらの表面の知覚される色を暗くする。,

応力評価

ガラスやプラスチックなどのアモルファス固体では、材料中の温度および圧力プロファイルからの応力は、材料特性に局所的なばらつきおよび勾配を与え、材料を複屈折および非均質にする。, これは、光弾性効果を用いて透明物体において定量化することができ、応力およびその関連する複屈折は偏光法で測定することができる。

交差偏光子間のストレスのない透明物は完全に暗視野をもたらすはずですが、内部材料応力が存在する場合、屈折率の局在的な変化は偏光角を回転させ、透過変動をもたらします。

化学同定

偏光制御は、化学、製薬、および食品および飲料産業においても非常に重要です。 活性医薬成分または糖などの多くの重要な有機化学化合物は、複数の配向を有する。, 複数の配向を有する分子の研究は、立体化学と呼ばれる。

同じ種類および数の原子を有するが、異なる分子配列を有する分子化合物は、立体異性体と呼ばれる。 これらの立体異性体は”光学活性”であり、偏光を異なる方向に回転させる。 回転の量は、化合物の性質および濃度によって決定され、偏光測定によってこれらの化合物の濃度を検出および定量することができる。, これは、どの立体異性体が試料中に存在し得るかを同定するための前提であり、立体異性体は非常に異なる化学的効果を有することができるので、 例えば、立体異性体リモネンは、オレンジとレモンに特徴的な香りを与える化学物質です。

偏光顕微鏡

微分干渉コントラスト（DIC）顕微鏡などの多くの異なるタイプの顕微鏡技術は、偏光子を利用して様々な効果を達成する。

単純な偏光顕微鏡システムでは、線偏光子を顕微鏡光源の前、試料ステージの下に配置して、システムに入る光を偏光させる。, 試料ステージの上に配置された別の直線偏光子は、この偏光子が試料を分析するときに所望の効果を達成するために回転され、最初の偏光子が静止 次に、検光子は、検光子と偏光子の偏光面が90°離れるように回転されます。 これが達成されたとき、顕微鏡に最低伝達（交差させた偏光子）があります;光通信の量は偏光子および検光子の絶滅の比率に比例しています。,

検光子が偏光子、異方性、または複屈折に垂直に整列されると、試料は試料ステージ上に配置される。 標本は検光子にライト達する前に、標本の厚さ（およびこうして光学道の間隔）および標本の複屈折に比例した指定量偏光を回します。

検光子は、試料誘起位相シフトを経験した光のみを透過し、偏光子によって最初に偏光された光源からの影響を受けない光をすべて遮断し続け, 試料の複屈折が既知であれば、試料の厚さを決定するためにそれを使用することができる。 試料の厚さがわかっている場合は、試料の複屈折を推定するために使用することができます。 この目的のために使用される便利なチャートは、図14のMichel-Levy干渉カラーチャートとして知られています。