편광자
편광자(영어: polarizer)는 빛과 그 밖의 전자기파에서 특정한 편광 상태의 성분은 통과시키고 다른 편광 성분은 약화하거나 분리하는 광학 부품이다.[1] 일반적으로 무편광 빛이나 여러 편광 성분이 섞인 빛을 일정한 편광 상태의 빛으로 만드는 데 쓴다. 편광판은 판이나 필름 모양으로 만든 편광자의 한 형태를 가리키며, 사진·선글라스·액정 디스플레이에 널리 쓰인다.
편광자는 가시광선뿐 아니라 전파, 마이크로파, 적외선, 엑스선에 대해서도 만들 수 있다. 전자기파의 파장과 용도에 따라 적합한 재료와 구조가 달라진다.
작동 방식
[편집]직선 편광자는 대체로 흡수식과 빔 분리식으로 나뉜다. 흡수식 편광자는 원하지 않는 편광 성분의 에너지를 흡수하여 약화시키고, 빔 분리식 편광자는 입사광을 서로 다른 편광 상태의 두 빔으로 나눈다.
- 흡수식 편광자
- 어떤 결정이나 고분자는 진동 방향에 따라 빛을 다르게 흡수하는 이색성을 보인다. 대표적인 폴라로이드 필름은 늘인 폴리비닐 알코올 필름에 요오드를 처리하여 만든다. 고분자 사슬이 한 방향으로 정렬되어 그 방향과 평행한 전기장 성분을 주로 흡수하고, 수직한 성분을 통과시킨다.[2]
- 빔 분리식 편광자
- 복굴절 결정이나 유전체 박막을 이용하여 서로 수직한 편광 성분을 서로 다른 경로로 보낸다. 니콜 프리즘과 글랜형 편광 프리즘은 복굴절을 이용한 예이다. 원하지 않는 성분을 흡수하지 않으므로, 강한 레이저 빛에서 두 편광 성분을 각각 이용할 때에도 적합하다.
- 와이어 격자 편광자
- 파장보다 훨씬 작은 간격으로 평행한 도선을 배열한 구조이다. 도선과 평행한 전기장 성분은 전자를 움직여 반사·흡수되고, 수직한 성분은 주로 통과한다. 이 구조는 특히 적외선과 마이크로파 영역에서 이용되며, 미세 가공 기술로 가시광용 편광자도 제작된다.
빛이 두 투명한 매질의 경계에서 반사될 때에는 입사면에 평행한 편광과 수직한 편광의 반사율이 다르다. 브루스터 각에서 반사광은 입사면에 수직한 편광 성분만 갖게 되므로, 여러 장의 유리판을 이용하여 편광자를 만들 수도 있다.
성질
[편집]이상적인 직선 편광자는 투과축과 평행한 전기장 성분만 통과시킨다. 직선 편광된 빛을 두 편광자에 차례로 통과시키면, 두 투과축이 이루는 각 θ에 따라 통과광의 세기 I는 말뤼스의 법칙
를 따른다. 여기서 I0는 첫 편광자를 통과한 뒤의 세기이다. 실제 편광자는 원하지 않는 성분을 완전히 차단하지 못하고, 원하는 성분도 일부 흡수하거나 반사한다. 따라서 성능은 투과율과 두 편광 성분의 투과율 비인 소광비로 나타낸다.
직선 편광자와 파장판을 조합하면 원편광 또는 타원 편광을 만들 수 있다. 예를 들어 직선 편광자의 투과축에 대하여 빠른축 또는 느린축을 45도로 둔 1/4파장판은 두 성분에 π/2의 위상차를 주어 원편광을 만든다.[3]
투과축이 표시되지 않은 편광자는 이미 편광된 빛에 대한 투과 세기를 재어 그 방향을 정할 수 있다. 두 편광자의 투과축을 직교시키면 이상적으로는 빛이 통과하지 않는다. 이 배치는 복굴절 시료나 액정층처럼 편광 상태를 바꾸는 물질을 관찰하는 데에도 쓰인다. 편광 현미경은 편광자와 검광자를 이용하여 광물·고분자·생체 조직의 광학적 성질을 관찰한다.
이용
[편집]사진용 편광 필터는 물·유리·도장면에서 반사되어 나오는 부분 편광을 줄여, 표면 아래나 유리 너머의 모습을 더 잘 보이게 한다. LCD에서는 두 편광판 사이의 액정층이 전기 신호에 따라 편광 방향을 바꾸며, 뒤쪽 편광판을 통과한 빛의 양을 조절한다. 광학 실험에서는 편광자를 회전시켜 빛의 편광 상태를 조사한다. 이처럼 분석에 쓰는 편광자를 검광자 또는 분석자라고 한다.
원편광을 선택하거나 만들어 내는 편광자도 있다. 일반적인 방식은 직선 편광자와 1/4파장판을 결합하는 것이다. 사진용 원편광 필터는 이런 구조를 이용해 반사광을 줄이면서도, 일부 카메라의 자동 초점·노출 측정 장치가 편광의 영향을 덜 받도록 한다.
