「夫を成功」へ導く妻の秘訣 座談会

偏光状態っていう意味が分からないので教えてください。
一応いろいろなホームページとかで調べたのですが、
・ 光は進行方向に垂直な面に対し、様々な方向に振動している
・ 偏光というのは、ある特定方向への振動成分のことをいう
というので合ってるでしょうか?
で、分からないのは、直線偏光、垂直偏光、円偏光って何か?っていうことです。しかもこれらってどちらの状態かを同時に測定することはできないんですよね?
どうして測定できないんでしょう?

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A 回答 (4件)

まず、偏光とはなんぞやというのはNo.1の方が解答してくれてますね。


「光の偏光方向は?」と聞くと「電場」の振動方向を指します。

さて、光の偏光には、
「直線偏光」と「円偏光」(楕円偏光も含めて)の2つの偏光状態があると考えるとわかりやすいです。

直線偏光:光が進んでも偏光方向は変わらずに一定方向

円偏光(楕円偏光):偏光方向がくるくる回転している状態。
光は進んでいますのでもちろんある位置の一点を眺めるとくるくる回っているし、時間を止めて眺めると螺旋状になって見えるわけです。
この場合は右回りと左回りの2通りがあり得えて、右回り円偏光、左回り円偏光と呼びます。
楕円偏光は要するにこの円偏光で一回転するまでの強度が強いところと弱いところがあって楕円になっているということです。

「垂直偏光」という言葉は偏光状態を表すためには使われません。
これはおそらく何かの対象物に対して「水平」か「垂直」かを言いたいために使われたのでしょう。
何も該当する対象物か示されていない場合は、暗黙の了解として地面を基準とします。

偏光の方向を示す言葉として、TE(Transverse Electric field)、TM(Transverse Macnetic field)という言葉も使われます。
TEは電場が横方向なので「水平偏光」、TMは磁場が横方向なので「垂直偏光」となります。

特に物体に斜めに入射した光の偏光方向とその物体との関係を表すためにs偏光、p偏光ということばもあります。
s偏光:入射面に対して垂直な偏光方向
p偏光:入射面に対して水平な偏光方向

>しかもこれらってどちらの状態かを同時に測定することはできないんですよね
これは意味不明ですね。検光子、リターダーなどを用いればどんな偏光状態でも測定可能です。
特にこの偏光状態を調べる測定方法のことを「エリプソメトリー」と言います。これは薄膜の膜厚測定などいろいろな用途に使われています。

です。

この回答への補足

分かりやすい解説をありがとうございます。
どうしてこういうことを知りたいかというと、例えば、
http://www.tamagawa.ac.jp/SISETU/GAKUJUTU/pderc/ …
のように、量子暗号は直線偏光と円偏光を区別して測定できないことを安全性の根拠においているようなのです。
なので、この HP には不確定性原理により測定できないと書かれていますが、どうして直線偏光と円偏光では区別して測定できないのか、その辺のことが知りたかったのです。

補足日時:2001/10/16 19:43
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補足読みました。

そう言う話ですか。
siegmundさんフォローありがとうございます。

siegmundさんが言われたように、「光子」の世界になると色々な物理量同士が不確定性原理に従いますので単純では無くなります。
たとえば光子の位置と運動量の関係なども同時に正確には測定できません。(これ故にヤングの干渉縞が出来るとも言えます)

なので、「特殊」な世界であると考えて下さい。
「どうして測定できないのか?」に一番簡単な答はsiegmundさんの答えですね。
更に追求しようとすると、「不確定性原理」という量子力学の根幹の問題に挑戦しないといけなくなります。
(光特有の話ではなくて量子力学の話になります)

では。
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物理屋の siegmund です.


量子暗号は直接の専門じゃないですが,
jyuka さんと mickjey2 さんの書かれていることに矛盾があるように見えるのは
次のような事情であります.

mickjey2 さんが
>> しかもこれらってどちらの状態かを同時に測定することはできないんですよね
> これは意味不明ですね。検光子、リターダーなどを用いればどんな偏光状態でも測定可能です。
と書かれているのは,通常の光(マクロな数の光子がある)で,
古典的扱いができる場合の話です.
常識的にはこちらですね.

一方,量子暗号の話は,光子1個に対する話です.
測定によって,対象物の状態を乱してしまうという量子論的効果が
顕著になります.
だから「量子」暗号なのです.
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光(電磁波)は、波としては電場と磁場からなっています。

それら電場・磁場は、
電磁波の進行方向に垂直な面の方向に波として振動しています。
光と物質との相互作用は、主に電場との相互作用で行われますので、電場方向を
考えれば十分です。
> 光は進行方向に垂直な面に対し、様々な方向に振動している
上の意味で、その通りです。
> 偏光というのは、ある特定方向への振動成分のことをいう
これも、直線偏向ならそうです。
垂直偏向というのは、光の透過対象となる偏向物質(?)に対しての相対的な向きのことです。
円偏向は、電場の向きが時間とともに変わる(一定に)偏向です。
進行方向に垂直の面ですので、右回りと左回りがあります。
残りは、直線偏光、垂直偏光、円偏光と同列になってますので、少し混乱されているかもしれませんが、量子力学の基本に関係します。
後半の質問には、誰かわかりやすい回答を寄せられることを期待しています。

この回答への補足

ええと、つまり、
直線偏光 = 名の通り、直線的にある方向にだけ向いている
垂直偏光 = 直線偏光に対して、直交な偏光? でもその向きには光は振動してないですよね? 光が進行方向に対して垂直な面で振動しているのならば。
円偏光 = 名前の通り、進行方向の軸周りに、ぐるぐる回っている(よって時間と共に向きが変わる???)と考えていいってことでしょうか?

補足日時:2001/10/16 14:54
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光軸という言葉で混乱が生じているようですが、普通、光軸といえば質問者が補足に書いているような

>光学軸方向とはレンズで言えば焦点と焦点を結ぶ直線のことを指し、

を指します。(ただし、光学軸と書くとまた意味が変わってしまうのでご注意を。)
私はそれ以外の意味で使っているのは見たことがないのですが、分野によってはどうやら使うこともあるみたいですね。

以下、混乱を避けるために「1/2波長板の光軸方向」でさしている「光軸」は「光学主軸」と呼ぶことにします。

1/2波長板や1/4波長板というものは復屈折性のもので作ります。復屈折というのは文字どおり屈折率が二つある現象で、したがって、媒質を通過する光の速さが二種類あります。

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z
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|
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●------ x
x軸方向に比べz軸方向に振動する光は遅いので、z軸方向の光はx軸方向の光に比べて検板を遅れて出てくることになります。この遅れ分が対象とする波長の半分になるものが1/2波長板、4分の一になるものが1/4波長板です。

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さて、上のほうに「例外を除き」と書きましたがこの例外が2通りあります。ひとつは二つの直線偏光に分かれるものの、この二つの直線偏光の速さが同じであるために復屈折にならない場合で、もうひとつは、二つの直線偏光にならず一つの直線偏光で進むために復屈折にならない場合です。

前者は結晶の方向によって決まる特殊な方向に光が進む場合だけでおこるもので、この特殊な方向を光学軸といいます。一般には光学軸は2本あり、光学主軸とは一致しません。しかし、いくつかの結晶系ではこの2本の光学軸が同じ方向を向き1本になってしまうものがあります。このような結晶は1軸性結晶と呼ばれ、1軸性結晶では光学軸の方向は3本の光学主軸のうちのひとつと一致します。したがって、1軸性結晶のみが対象であれば光学主軸の方向の意味で光学軸方向を使うのは間違いではありませんが、一般の場合に光学軸方向と書くのはよろしくありません。

後者は入射光の偏光方向がたまたま結晶の光学主軸のひとつと一致した場合で、上の座標系を使えばθ=0度とθ=90度の場合です。θ=0度では(cosθ、sinθ)=(1,0)となるのでx成分のみとなり、θ=90度では(cosθ、sinθ)=(0,1)となるのでz成分のみとなり、z成分を反転させても偏光状態は変らず、入射光はそのまま検板を通過することになります。

光軸という言葉で混乱が生じているようですが、普通、光軸といえば質問者が補足に書いているような

>光学軸方向とはレンズで言えば焦点と焦点を結ぶ直線のことを指し、

を指します。(ただし、光学軸と書くとまた意味が変わってしまうのでご注意を。)
私はそれ以外の意味で使っているのは見たことがないのですが、分野によってはどうやら使うこともあるみたいですね。

以下、混乱を避けるために「1/2波長板の光軸方向」でさしている「光軸」は「光学主軸」と呼ぶことにします。

1/2波長板や1/4波長...続きを読む

QTM波、TE波 なにで決定されるのですか。

マックスウェルの方程式から条件(E(Z)=0 またはH(Z)=0)を与えて
TM波、TE波の方形導波管での伝送姿態を導き出すまでは理解できました。
しかし、それ以前に、TM波になるのかTE波になるのか、
いずれの波になるのかが何で決定されるのかがわかりません。
よろしくご教授ください。

Aベストアンサー

書いてる通りだよ
マイクロ回線で2Gとか66Gとか12Gの多重無線機見れば判ります

最終電力増幅装置→導波管に送り込む
(アイソレータとかは関係ないので簡略化する)

で・・・どうやって導波管に送り込むんですかね
同軸導波管変換機ですよね
これで偏ぱ面が決まります

方形導波管の励振すること、すなわち
導波管に電波を作る方法で偏ぱ面が決まります

この構造ですね
単純に言えば導波管の中にアンテナを作るでそれで導波管に送り込ます
これで偏ぱ面が決まります

(導波管の内部に同軸ケーブルの中心導体をむき出しにして接地アンテナとして動作させる)
したがって・・TE10モード作る平面電波とかなり似たことに成ります
ってことです

でことで接地アンテナが横向いてるか縦向いてるですね


同軸導波管変換機のやり方で(形状で)変わるってことです

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Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

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No1 の回答の式より
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となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

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円偏光

円偏光の偏光度は0となるのですか?
テキストに光強度をIとすると偏光度Pは

   P=(ImaxーImin)/ (Imax+Imin)

とありました。

円偏光の光の強度を測定するとほぼ一定となりました。しかし偏光度0では円偏光は振動方向が一定ではない非偏光となりませんか?

光のことがよくわからないので変な質問をしているかもしれませんが、よろしくおねがいします。

Aベストアンサー

完全な円偏光ではP=0になります。

光の進行方向をz、とすると、円偏光では(z=0の点では)、
x方向の振動 sin(wt),y方向の振動はsin(wt-π/2)(=-cos(wt))という具合になります。
で、xからθ傾いた方向の振動はx成分とy成分の合成になって
sin(wt)cos(θ)-cos(wt)sin(θ)=sin(wt-θ)
となって、振幅は同じで時間的に位相がθ遅れた波となります。
(つまり、あらゆる方向の一定振幅の振動を含んでいます)

Q偏光板の回転角と透過光強度

半導体レーザーと検出器の間に1枚の偏光板を置き、偏光板の回転角φを変えて透過光強度を測りました。

検出器は電圧計に接続し、回転角φの時の電圧をV(φ)としました。
すると、
φとV(φ)/V(0°)のグラフがコサインの曲線に、
V(φ)/V(0°)と(cosφ)^2の値がほぼ等しくなりました。

これはどうしてでしょうか。どなたか教えてください。

Aベストアンサー

直線偏光の偏光板を通過すると、偏光板の透過軸に沿った成分が通過します。
レーザーからの光の偏光面と偏光板のなす角度をφとすると、
透過軸成分はEcos(φ)になります。

検出器の出力は普通光のエネルギーつまり電界の2乗に比例しますから
検出信号Vは
V=k(Ecos(φ))^2
となりますよね。


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