偏光板と1/4波長板を組み合わせることによって
円偏光するらしいいのですが、その仕組みがわかりません。是非、教えてください。

A 回答 (2件)

1/4波長板については知っておられるのでしょうか?



1/4波長板そのものが直線偏光を円偏光にする機能を持っています。その前の偏光板は1/4波長板に入射するための直線偏光を取り出すために置かれています。

1/4波長板について。

1/4波長板は非等方性結晶でできています。結晶軸(いわゆるC軸)の方向が、偏光方向と45度の角度を持つように入射します。このとき、入射光は結晶軸の方向とそれに垂直な方向に等しい振幅を持ち、また各方向の成分の位相はそろっています。入射面上での2方向の電場は、簡単に次のように書けます。

Ex = A cos(wt)
Ey = A cos(wt)

結晶内部では、それぞれの方向がことなる屈折率をもつため、各方向の光波の伝搬速度がことなります。それによる光学距離のずれが、波長の4分の1の大きさになるような(位相がπ/2ずれるような)厚さにしておけば、出てくる光は円偏光になります。出射面上での電場Ex,Eyはこうなります。

Ex = A cos(wt+φ)
Ey = A cos(wt+(φ+π/2)) = A sin(wt+φ)

すなわち、(Ex,Ey)で表される電場ベクトルは回転しています。

といった感じです。どうでしょう。
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厳密かつ数学的な答えはすでになされているのですが、


質問の動機がカメラが趣味なのでということであれば、
ちょっと難しすぎるかもしれませんので、簡単な
説明をしておきますね。

偏光はご存じだとして、光はガラスなどの物質を通過するとき、
その屈折率に応じて見かけ上の進む速度が遅くなります。

そこで、偏光の方向によって進む速度の違う物質の中(これが1/4波長版です)を
通ると早い速度成分と低い速度成分に別れて進みます(そうなるように物質の軸と偏光板によって
作られる光の偏光方向を合わせておきます)。
そして、物質から出たときに丁度2つの成分が1/4波長分だけ波の位相がずれている
ようにして上げると、円偏光になります。

以上数学的でない説明でした。
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Q光速度を求める実験について 波長×周波数=速度 の式を用いて…。

光速度を求めるために、波長×周波数=速度の式を使って実験しようと思っていたのですが、周波数を求める実験方法が分かりません。
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(波長の実験は、計算すると波長が15μmになってしまい光の波長にしては大きすぎると思うんです。こちらの実験も何か注意すべき事等教えて下さい!ちなみに、この実験ではレーザーポインターを光源としました。)

周波数を求める実験方法(機械などは使わないでできたら嬉しいです。)と、ヤングの干渉実験についての注意点など、教えて下さい!

Aベストアンサー

現代の定義では、光が1秒間に進む距離は299792458mに確定されているので、1秒を正確に測り、1秒間に振動する回数を正確に測れれば、周波数が決まり、その結果波長が決まります。ただ、それはあとづけで、光速度一定が定義になる前には、波長と周波数の両方を確定する作業が必要なわけで、たとえば、基本的な干渉実験でやりたい!という事になるわけですネ!?

有効数字は、9ケタなどは無理ですから、2ケタくらいが目標でしょうか?おおよそ30万キロm/sくらいになればよいという感じで・・・。

ヤングの干渉では、波長λ、ピンホール間隔D、スクリーンまでの距離L、スクリーンの光軸からの距離をxとしたとき、Mを整数として
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Q偏光子、検光子、1/4波長板の物理的な原理

タイトルの通りなんですが、偏光子・検光子・1/4波長板の違いや、それぞれの物理的な原理などを教えていただけませんか?

Aベストアンサー

偏光子も検光子も直線偏向板です。
光の入射側に入れる場合が偏光子、反射や透過側に入れるのが検光子といいわけているだけです。

1/4波長板は、位相をπ/4ずらす機能が付いていて、ある偏向面で直線偏光を入射すると円偏光になります。入射偏向面を90度ずらすと左右の回転方向が変わります。中途半歩な偏向面で入射すると楕円になる。
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詳しい原理は図を見ながらじゃないと理解しにくいので、調べてみて下さい。

Q周波数差Δωを波長差Δλに変換する式

レーザーの線幅などは、よく周波数差Δωで表されていますが、
これを波長差Δλに変換するにはどう計算すればよいのでしょうか?

単純に考えると、ω1=c/λ1、ω2=c/λ2(ω1>ω2)として
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となり、λ1とλ2が分からなければΔλが計算できないというおかしな結果になってしまいます。

とてつもなく無知な質問をしているかもしれませんが、
ご教授お願いします。

Aベストアンサー

Δω だけしか分からないときはΔλ は求められません。
ω0 ≡ ( ω1 + ω2 )/2 と定義したとき、Δω << ω0 ならば、Δλ ≒ c*( Δω/ω0 ) となります。
つまり、Δω から Δλ を計算するには、ω0 が分かっている必要があります。

ω0 ≡ ( ω1 + ω2 )/2 、Δω ≡ ω1 - ω2 と定義すれば、
   ω1 = ω0 + Δω/2、ω2 = ω0 - Δω/2
が成り立ちます。なぜなら、この定義から
   ω1 - ω2 = ( ω0 + Δω/2 ) - ( ω0 - Δω/2 ) = Δω
   ( ω1 + ω2 )/2 = ω0
となるからです。

したがって、λ1 = c/ω1、λ2 = c/ω2 なので
   Δλ ≡ λ2 - λ1
       = c/ω2 - c/ω1
       = c*( 1/ω2 - 1/ω1 )
       = c*{ 1/( ω0 - Δω/2 ) -1/(ω0 + Δω/2 ) }
       = c*Δω/{ ω0^2 - ( Δω/2 )^2 }
       = c*( Δω/ω0 )/[ 1 - { Δω/( 2*ω0 ) }^2 ]
となります。 Δω << ω0 ならば、 1 - { Δω/( 2*ω0 ) }^2 ≒ 1 なので
   Δλ ≒ c*( Δω/ω0 )

Δω だけしか分からないときはΔλ は求められません。
ω0 ≡ ( ω1 + ω2 )/2 と定義したとき、Δω << ω0 ならば、Δλ ≒ c*( Δω/ω0 ) となります。
つまり、Δω から Δλ を計算するには、ω0 が分かっている必要があります。

ω0 ≡ ( ω1 + ω2 )/2 、Δω ≡ ω1 - ω2 と定義すれば、
   ω1 = ω0 + Δω/2、ω2 = ω0 - Δω/2
が成り立ちます。なぜなら、この定義から
   ω1 - ω2 = ( ω0 + Δω/2 ) - ( ω0 - Δω/2 ) = Δω
   ( ω1 + ω2 )/2 = ω0
となるからです。

したがって、λ1 = c/ω1、λ2 = c/ω2 なので
  ...続きを読む

Q光学系について(偏光子や波長板)

レーザビームを用いた実験をしています.
しかし光学系に関して(本当はレーザ自体)全く知識が無く,
さらに文献を読んでも,上手く理解できません.
過去の質問で偏光子と波長板の違いについての説明があり,
とてもよく判ったのですが,それでもまだ判らないことだらけなのです.
前置きが長くなってしまいましたが,波長板を用いて偏光面の角度を変えて実際にはどのような意味(現象)があるのでしょうか?
さらにはレーザを通すために用いられる,光学系の一般的な用途と意味を簡単に教えていただけないでしょうか?
申し訳ありませんが宜しくお願い致します.

Aベストアンサー

>なぜ1/2波長板はレーザビームの出力を調整できるのか,
単体でビーム出力を調節できるわけではありません。
1/2波長板は入射した直線偏光の偏光方向を自由に変えることが出来ますね。(波長板を回転することにより)
その後に偏光子を固定で置いたとします。
偏光子(偏光板、検光子も同じ物)は特定の偏光方向の光のみ通す素子ですから、レーザー光の偏光方向を偏光子が通さない方向にすると、光は偏光子をとおりませんので出力は0になりますね。
逆に偏光子の通る方向にレーザー光の偏光を向けてあげれば出力は最大となるわけです。

よく行われる方法です。

>そして1/4波長板は何のために直線偏光と円偏光を切り替えるのか,
いろんな目的で行われることがあり、特にこれのためというものはありません。

1)その後の光学系に偏光依存性があり、その影響を小さくしたい
 (擬似的な無偏光状態にしたい)
2)偏光子とともに使用して光アイソレータ(よくレーザダイオード、光ファイバーなどで戻り光防止に使います)として使う
3)偏光解析でキャンセラーとして使う
4)分子の光学異方性を調べたいため
5)反射光と散乱光を分離するため
etc....

など数は多すぎてなんともいえません。

では。

>なぜ1/2波長板はレーザビームの出力を調整できるのか,
単体でビーム出力を調節できるわけではありません。
1/2波長板は入射した直線偏光の偏光方向を自由に変えることが出来ますね。(波長板を回転することにより)
その後に偏光子を固定で置いたとします。
偏光子(偏光板、検光子も同じ物)は特定の偏光方向の光のみ通す素子ですから、レーザー光の偏光方向を偏光子が通さない方向にすると、光は偏光子をとおりませんので出力は0になりますね。
逆に偏光子の通る方向にレーザー光の偏光を向けてあげ...続きを読む

Q屈折率と波長と周波数の関係について

はじめまして。
ちょっと困っているので助けてください。

屈折率は入射光の波長に依存しますよね?
一般的な傾向として、波長が長くなると
屈折率は小さくなりますよね?
それで、このことを式で説明しようとしたんですが、

屈折率は真空の光速と媒質中の光速の比なので、
n=c/v
媒質中の光の速度、位相速度は
v=fλ
で、周波数と波長に依存します。

ところが!波長と周波数は逆数の関係なので、
この二つの式を使ってしまうと
屈折率が波長に依存しないことになってしまうのです・・・。
どうかこのあたりの説明をおしえてくださいませんか。
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

ekisyouさん、改めまして初めまして。
ご指摘のようにfとνは全く同じものです。同じ物理量に異なる文字を使ってしまったのは私のミスです、申し訳ありませんでした。また「振動数」「周波数」の二つの言い方を用いましたがこれもどちらでも同じことです。ekisyouさんのこれまでのお考えで正しいです。

前回の回答をもう一度正しく書くと
--------
n=c/v
が屈折率の定義そのものである。真空中の光速cは不変であるからnが波長(または周波数)依存性を持つとしたら媒質中の光速vが周波数依存性を持つことになる。従ってこの式は周波数をfとして
n=c/v(f)
と表すべきものである。
二番目の式
v(f)=fλ
で、vに周波数依存性があることを考えるとfとλは厳密な反比例な関係でない。
--------
となります。大変失礼を致しました。

なお上記の式だけからでは「赤い光の方が紫の光より屈折率が小さくなる理由」は絶対に出てきません。
その理由を説明するためにはどうしても電場中での媒質の分極を考える必要があります。屈折の原因は既にご承知とのことですので、あとはその部分の理解を深めて頂くのみです。
(1)光が媒質中を通過する場合、周囲の媒質を分極させながら進む。
(2)可視光線の範囲であれば、周波数が高くなるほど分極の影響により光は進みにくくなる。
(3)(2)により光の速度が落ちる、ということは即ち屈折率が上がる、ということである。

(2)ですが、共振現象とのアナロジーで考えれば分かりやすいと思います。いまある物体を天井からひもで釣るし、それにさらに紐を付けて手で揺らすこととします。(A)ごくゆっくり揺らす場合は手にはほとんど力はかけなくて済みます。(B )ところが揺らす周期を短くするとだんだんと力が要るようになります。(C)さらに周期を短くして共振周波数に達すると急に力は要らなくなります。(D)そしてさらに揺らす周期を短くしようとすると、あたかもその錘に引張られるような感覚を受けます。(E)そしてさらにずっと周期を短くすると、錘はまったく動かずに錘と手を結んでいる紐だけが振動するようになります。
可視光線はちょうどこの中で(B)の領域になります。すなわち周波数を高くすると、それにつれて周囲の分極があたかも「粘り着く」ようになり、そのために媒質中の光の速度が落ちるのです。(もっとも、「粘り着く」なんて学問的な表現じゃないですね。レポートや論文でこんな表現をしたら怒られそう・・・)

こんな説明でよろしいでしょうか。

参考となりそうなページ:

「光の分散と光学定数の測定」
http://exciton.phys.s.u-tokyo.ac.jp/hikari/section2.htm
同、講義ノート(pdfでダウンロード)
http://exciton.phys.s.u-tokyo.ac.jp/kouginote/opt2k.html

"Kiki's Science Message Board" この中の質問[270]
http://www.hyper-net.ne.jp/bbs/mbspro/pt.cgi?room=janeway

過去の議論例(既にご覧になっているかと思いますが)
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=140630

ekisyouさん、改めまして初めまして。
ご指摘のようにfとνは全く同じものです。同じ物理量に異なる文字を使ってしまったのは私のミスです、申し訳ありませんでした。また「振動数」「周波数」の二つの言い方を用いましたがこれもどちらでも同じことです。ekisyouさんのこれまでのお考えで正しいです。

前回の回答をもう一度正しく書くと
--------
n=c/v
が屈折率の定義そのものである。真空中の光速cは不変であるからnが波長(または周波数)依存性を持つとしたら媒質中の光速vが周波数依存性を持つことにな...続きを読む

Q偏光子と波長板の違いは?

偏光子と波長板の違いは何なのでしょうか?

私には同じものに思えるのですが、どなたか詳しい方説明をお願いします。

Aベストアンサー

両者は全く別物です。

偏光子とは、元の光からある特定の偏光方向の光を取り出すものです。

波長版とは、元の光の偏光状態を変えるものです。

たとえば、
1.偏光状態がランダムな太陽光線、電球の光を直線偏光子に入れると、直線偏光した光を取り出すことが出来ます。
これは元のいろんな偏光方向の光から特定の偏光方向の光を採りだしたと言うことです。

2.同じ事を波長板で行ってももとがランダムですから変化させた後もランダムで違いはありません。

波長板は元の光が特定の偏光状態になっていなければ、何の役にも立ちません。
その上でその偏光状態を変化させるものです。

偏光子は特定の偏光状態光を抽出するだけなので、入射した光の偏光方向が、透過する偏光方向に対して90となる直線偏光の場合は、光は偏光子でブロックされます。
波長板は「変化」させるだけなので、このようには働きません。

では。

Q波長は変わるが周波数は変わらない…だと?

波は屈折したあと、波長は変わるけど周波数は変わらない。音波も、気温が下がると波長は短くなるけど周波数は変わらない。
1、なぜでしょうか??2、周波数は変わるけど波長は同じ場合はないのでしょうか?
救いの手をよろしくお願いします。

Aベストアンサー

 進行波の中のある定点での波の振動を考えてください。
 この点での振動は、進行波の速度に無関係で、一定の周波数で振動しています。
 波長が変化するのは、進行波の速度の影響を受けるからです。

 波長が一定で周波数が変化する例は思いつきません。

Q光学異性体を偏光板で区別する仕組み

「光異性体は
 偏光の振動面を一方は右へ
 他方は左へ回転させることで
 区別できる」

とさまざまな化学の本に書いてあるのですが

なぜ区別できるのか
その詳細な説明をいただきたく
質問させていただきました

光異性体は何種類あってなどの
異性体自体の
化学的な理解はしているのですが
偏光板での回転方向の物理的説明などを
中心とした仕組みの説明を望みますm(._.*)mペコッ

物理の参考書には
「偏光には
右ねじ円偏光と左ねじ円偏光があり・・・」
と電場ベクトルで
偏光について説明してあるのですが
化学の異性体でのこの話と
どうしても結びつきません。

ずうずうしい質問かもしれませんが
なにとぞ よろしくお願いしますm(._.*)mペコッ

Aベストアンサー

光の偏光面の回転方向により2つに分類される、これが光学異性体ですね。
何故か自然界のものはほとんど片方に偏っています(生命体有機物)が理由はわかっていません。

さて、本題ですが、知りたいのは何故回転するのかですね?

まず直線偏光は、右回り円偏光+左回り円偏光で構成されていると見ることが出来ます。
事実これを合成すると直線偏光になります。

さて、この右回り円偏光、又は左回り円偏光のどちらか一方のみ吸収が起きる、あるいは位相速度が異なるということが起きますと、バランスが崩れます。
たとえば左回り円偏光の位相が少しずれたとすると、そのずれた左回り円偏光と右回り円偏光の合成した直線偏光の偏光面はもとの偏光方向と比較して傾きます。

これはたとえば、時計で2つの長針があり、12時のところから左右に回転することを考えて下さい。
その場合合成した振幅は12時と6時の方向に振動する直線運動となります。
が、スターとしたときに既に左回りの針が進んでいたとします。たとえば10時としましょう。すると右回りは12時スタートで、左回りは10時スタートですから、合成した振幅運動は11時と5時の方向になります。

つまりそういう理屈で偏光面が回転します。

ここで、右回り円偏光にに対して作用するか、左回り円偏光に対して作用するのかで、光学異性体が産まれるのです。

で、なぜ片方の円偏光に対してのみ作用するのかというと、分子構造に原因があります。
わかりやすい例では、DNAを考えてみて下さい。螺旋構造をしていますね。
で螺旋の進行方向に光が進むとき、右回りの円偏光の光ば電場が右回りという事になり、左回りの円偏光であれば電場も左回りとなります。
このとき螺旋と同一方向の偏光と、螺旋とは反対の偏光では、分子から受ける作用が異なります。
これは直感的に理解できると思います。そのため、分子との相互作用が異なる=右と左の円偏光では吸収や屈折率が異なるということになるのです。

ざっと説明しましたがわからなければ補足下さい。

光の偏光面の回転方向により2つに分類される、これが光学異性体ですね。
何故か自然界のものはほとんど片方に偏っています(生命体有機物)が理由はわかっていません。

さて、本題ですが、知りたいのは何故回転するのかですね?

まず直線偏光は、右回り円偏光+左回り円偏光で構成されていると見ることが出来ます。
事実これを合成すると直線偏光になります。

さて、この右回り円偏光、又は左回り円偏光のどちらか一方のみ吸収が起きる、あるいは位相速度が異なるということが起きますと、バランスが...続きを読む

Q周波数と波長の定義

周波数(f)と波長(l)の積は光速(c)になるわけですが、これが媒質中の場合はどのようになるのでしょうか?
つまり屈折率がnとすると媒質中の光速はncになるわけですが、これは周波数がn倍になったのか、それとも波長がn倍になったのかどちらなのでしょうか?

Aベストアンサー

参考資料を探してきました。
http://www15.wind.ne.jp/~Glauben_leben/Buturi/Hadou/Hadoubase6.htm
15-1反射・屈折の下の方、質問1とその回答をご覧になってください。

参考URL:http://www15.wind.ne.jp/~Glauben_leben/Buturi/Hadou/Hadoubase6.htm

Q偏光板の原理と偏光の性質について

 
電磁波(光も含め)は、電場と磁場の垂直の交互振動から成り立っています。

偏光板は、電場振動(または磁場振動)の特定の振動面の光を通過させ、他を遮断する性質を持つものだと聞いています。

ところで、一般の光は、電場(または磁場)振動面は、進入方向に対する法面において、360度の全周にランダムに、均等に分布している光から成り立っていると考えられます。

1)すると、特定振動面の光だけを偏光板が通過させると、偏光板を通る光は、全体の光の流れのなかのごくごく一部となり、大部分の光は通過しないで、偏光板を通すと、光は真っ暗かそれに近い暗さになると考えられます。しかし、実際には、真っ暗にはなりません。

2)そこで、この理由を考えると、特定振動面を中心に、通過光が振動面角度が回るにつれ、減衰して通過すると考えると、この矛盾は解消できます。しかし、この場合、二枚の偏光板を直交させると、光がまったく通過せず、視野が真っ暗になる理由が説明できません。

また、偏光を二つの成分に分けることができるというのは、電場の振動とは、偏光面での電場の強度(振幅)の振動で、偏光面以外の角度面でも、電場が存在するが故に、こういう成分分解が可能なのだと思いますが、その場合でも、偏光した光の強度が極めて小さいことに変わりありません。

偏光板の偏光は、「どういう原理」で行われているのか、また上の1と2の問題・疑問について、答えてくださる方がおられれば幸いです。

他にも疑問があるのですが、回答次第では、疑問が解消するかも知れません。
宜しくお願い致します。
 

 
電磁波(光も含め)は、電場と磁場の垂直の交互振動から成り立っています。

偏光板は、電場振動(または磁場振動)の特定の振動面の光を通過させ、他を遮断する性質を持つものだと聞いています。

ところで、一般の光は、電場(または磁場)振動面は、進入方向に対する法面において、360度の全周にランダムに、均等に分布している光から成り立っていると考えられます。

1)すると、特定振動面の光だけを偏光板が通過させると、偏光板を通る光は、全体の光の流れのなかのごくごく一部となり、大部...続きを読む

Aベストアンサー

偏光板の仕組みをしれば少し理解が進むかもしれませんね。
最も簡単で、市販されている偏光板はプラスチックに色素を入れた物です。
この色素は高分子で棒状になっています。

このような形の分子では、分子の長手方向の電場に対しては、良く共鳴して振動するため、そこで強い吸収があります。
が、短手方向の電場に対しては、あまり共鳴せずそのため光の吸収は起きません。
上記分子を透明なポリマーで方向をそろえて固定してあるのがよく見かける偏光板です。


光の偏光方向(電場の方向)が分子の長手方向(つまり吸収する方向)の場合には、ほとんど吸収されて透過しません。
逆に短手方向の場合には、かなり透過します(理想的には全部透過)。

では途中の角度の時は?
このときには、電場を長手方向と短手方向に分解して、長手方向の電場成分は吸収されて短手方向の成分はそのまま透過するとすればよいのです。
長手方向の電場 = E * cos(θ), 短手方向の電場 = E * sin(θ) , ここでθは長手方向を0とする電場の角度,Eは元の光の電場。

2枚の偏光板を90度で配置した場合は、一枚目の偏光板を通り抜けた光は、一枚目の短手方向の電場成分のみになっていますので、これを2枚目の偏光板の方向の長手、短手を基準に分解すると、2枚目の偏光板の短手方向には電場成分はありませんので、当然すべて吸収してしまうことになります。

では。

偏光板の仕組みをしれば少し理解が進むかもしれませんね。
最も簡単で、市販されている偏光板はプラスチックに色素を入れた物です。
この色素は高分子で棒状になっています。

このような形の分子では、分子の長手方向の電場に対しては、良く共鳴して振動するため、そこで強い吸収があります。
が、短手方向の電場に対しては、あまり共鳴せずそのため光の吸収は起きません。
上記分子を透明なポリマーで方向をそろえて固定してあるのがよく見かける偏光板です。


光の偏光方向(電場の方向)が分子の長...続きを読む


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