편광
1. 개요
Polarization
편광은 특정한 방향으로만 진동하며 나아가는 빛을 가리킨다. 맥스웰 방정식에 의하면 빛은 전기장과 자기장의 파동으로 나타낼 수 있다. 빛은 횡파이므로 z방향으로 진행하는 빛의 전기장 성분은 x성분과 y성분으로 이루어져 있다. 전기장의 x성분과 y성분은 일반적으로 $$A\cos(\omega t -kz + \phi_a)$$, $$B\cos(\omega t -kz + \phi_b)$$으로 표현된다. (단 A, B 는 양수이다.) 시간에 따라서 xy평면 상에서 전기장 벡터가 어떻게 변하는 가를 보면 직선을 그리는 경우가 있고 타원이나 원형을 그리는 경우가 있다. 이를 분류하면
- 직선편광
- 타원편광
- 원편광
이를 통해 빛이 오른쪽 편광인지 왼쪽 편광인지 구분한다.
2. 반사에 의한 편광
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빛은 비스듬한 각도로 입사했을 때 편광이 입사평면에 수직한 빛은 반사가 많이 되고 편광이 입사평면 상에 있는 빛은 굴절이 많이 일어난다. 이런 효과는 브루스터 각에서 가장 크게 일어나서 그 때에는 편광이 입사평면 상에 있는 빛은 전혀 반사되지 않는다. 자세한 내용은 프레넬 방정식을 참고. 따라서 반사광들은 대개 지면에 평행한 방향의 편광을 가지고 있다. 편광의 이러한 성질을 이용하여 선글라스를 만들 때에는 반사광을 차단할 수 있도록 수직한 방향의 편광필름을 부착하기도 한다.
3. 편광판
편광판은 주로 금속 등의 전도성이 있는 가는 선들로 이루어져 있다. 가는 선들의 전자들은 선의 수직한 방향의 전기장에는 반응하지 못하므로 그 방향의 전자기파는 편광판을 통과하게 된다.
4. LCD
LCD는 편광의 원리를 이용한다. 따라서 아래의 것도 가능하다.
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LCD의 작동 원리를 간단히 설명하자면 다음과 같다. 서로 수직한 선형편광기를 일렬로 놓으면 이를 통과하는 빛은 없을 것이다. 그러나 두 선형편광기 사이에 액정을 넣어 편광이 90도 회전하도록 만들면 통과하는 빛이 발생할 것이며, 따라서 디스플레이의 셀이 빛나게 된다. 이렇게 중간에 삽입한 액정은 전압을 걸어주어 가변 위상지연자로 사용할 수 있으며, 디스플레이의 셀 밝기를 조절할 수 있게 된다. 이때 회전시킨 각도와 빛의 세기와의 관계는 말루스 법칙 Malus' Law 으로 설명된다.
위와 같이 LCD의 전면 편광 필터를 제거할 경우 마치 모든 셀이 빛나는 것처럼 보이고, 따라서 화면이 흰색으로 보인다. 다만 편광 필터가 삽입된 안경으로 화면을 보면 여러 셀에서 나온 특정 편광 각도를 가지는 빛들만을 볼 수 있게 된다.