빛의 편광

편광

빛은 그 속성이 전자기 파동으로서 전기장과 자기장이 진동을 하면서 전파되는 것이다. 이때 전기장이나 자기장은 서로 직교하면서 진행방향에 수직으로 진동을 하게 되어 횡파의 특성을 갖는다. 횡파의 경우에는 한 방향으로 진행하는 파동이더라도 진동방향은 그 진행방향에 수직한 평면상에 놓여 있게 되어 벡터의 성격을 갖게 된다. 이러한 어떤 파동의 진동이 그 평면상의 특정 방향으로 놓이게 되는 것을 편광이라 하고 그때의 진동방향을 편광방향이라 한다. 빛의 경우에는 전기장과 자기장이 같은 평면상에서지만 서로 수직으로 진동하므로 이때에는 물질에 더 큰 영향을 주게 되는 전기장이 진동하는 방향을 편광방향으로 삼는다.

빛은 다른 파동과 달리 짧은 길이의 무수히 많은 파동열차(wave train)가 모여서 형성된 것이므로 하나하나의 편광이 어떻게 집합되어 있는가를 고려해야 하므로 통계적으로 편광상태를 기술하게 된다. 실제로 최소 단위의 빛은 특정한 방향으로 편광되어 있겠지만 집단의 경우에는 보통 대다수의 빛이 특정한 편광상태에 있을때에 편광되었다고 하게 된다.

__전기장__자기장__횡파__파동__진동

빛의 전파

아래 그림은 z 방향으로 전파되는 빛의 전기장과 자기장의 모습을 보여주고 있다. 전기장은 진행방향과 수직으로 진동할 수 있어 아래의 경우는 x-y 평면방향으로 진동할 수 있다. 그림의 처음상태에서는 전기장이 x 방향으로 진동하고 있고 이 방향은 조절할 수 있다.

아래 그림에서 분홍색으로 표시한 자기장은 항상 전기장, 진행방향과 수직하면서 전기장-자기장-진행 방향이 오른손 좌표계를 이루게 된다. 더구나 자기장의 크기도 전기장의 크기와 비례하므로 빛의 전기장의 상태가 결정되면 자기장은 하나로 결정된다. 이에따라 빛의 편광상태를 묘사할때 때에 자기장의 상태는 나타내지 않아도 무관하다.

빛이 위와 같은 양상으로 전파되는 이유는 빛도 전자기 파동으로 맥스웰 방정식으로부터 유도되는 파동방정식을 만족하기 때문이다. 따라서 전파, X-선 감마선 등 다른 종류의 전자기파도 편광의 특성을 같이 가지고 있다. 또한 파동의 중첩의 원리에 의해 여러 편광상태가 조합된 형태의 편광도 나타날 수 있다.

__맥스웰 방정식__파동의 중첩__파동방정식__전자기파__감마선__전기장__자기장__평면파__편광도__진동__파면