光の偏極

この本は書きかけです。

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ウィキペディアに偏光の記事があります。

光には、人間の眼で識別できる明るさと色の他に、「偏極」という性質があります。「偏光」とも呼ばれますが、この本では光を含む電磁波の性質を指す語として「偏極」と呼ぶことにします。

光の様々な振舞いを理解するためには、偏極の理解は不可欠です。また、光の偏極は色々な技術に応用されています。

この本は、光の偏極を基礎的な物理学から説明し、関連する自然界の現象を取り上げ、自然科学の理解を深めることを目的としています。

以下、ドラフト。

本にするには、導入として、偏光の発見の歴史とか、身近に見られる偏光現象について書くべき。 偏光の発見者ということになっている科学者は誰だったかな。 w:偏光によればファラデーらしい。

一般に光と言った場合、理想的な単色光を指す場合と、波長に幅がある光を指す場合がある。始めに単色光について議論し、後に波長に幅のある光について議論を広げることは、多くの場合うまくゆく。ここでもそのように話を進める。

波長に幅のある光って、専門用語で何と言うかなぁ。 ブロードな光、じゃだめかなぁ。

光は電磁波であり、進行方向に垂直な面内で2つの自由度がある。そのため偏極が存在する。

偏極を記述する方法はいくつかある。最も基礎的な方法は、電場の振動で表現する方法である。直交する2つの振動で光の偏極は記述でき、座標系の取り方は色々ある。例えば、光の進行方向に垂直な面内で、ある方向をx軸とし、それに垂直な方向をy軸とする。電場ベクトルEは、複素振幅で表記すると次のように書ける。

$\mathbf {E} ={\begin{pmatrix}E_{x}e^{i\phi _{x}}\\E_{y}e^{i\phi _{y}}\\\end{pmatrix}}$

実数の自由度は4つある。この組み合わせによって、色々な偏極状態が存在する。

それぞれの偏極状態には名前が付いている。直線偏光、円偏光、楕円偏光などがそれである。 (自然光、無偏光については、単色光では議論できないので後回しにする。)

(単色光かそうでないかと言うよりは、コヒーレントかそうでないかということ。)

それぞれの偏極状態についての図が必要。どこかにないかなぁ。 Wikipedia内を探してみても、画像としての図はよいのがなさそう。