偏光測定

偏光測定は、横波、特に電波や光波などの電磁波の偏光の測定と解釈です。偏光測定は通常、ある物質を通過した、または何らかの物質によって反射、屈折、回折された電磁波に対して行われ、その物体の特性を調べます。^{[1] [2]}

平面偏光:光の波動理論によれば、通常の光線は、その伝播方向に対して直角のすべての平面で振動していると考えられます。この通常の光線がニコルプリズムを通過すると、出現する光線は 1 つの平面でのみ振動します。

薄膜や表面の偏光測定は、一般にエリプソメトリーとして知られています。

偏光測定は、惑星科学、天文学、気象レーダーなどのリモートセンシングアプリケーションで使用されます。

偏光測定は、波の計算解析にも組み込むことができます。たとえば、レーダーでは、ターゲットの特性評価を向上させるために、後処理で波の偏光を考慮することがよくあります。この場合、偏光測定を使用して、材料の微細なテクスチャを推定し、ターゲット内の小さな構造の方向を解明し、円偏光アンテナを使用する場合は、受信信号の反射回数を解明することができます (円偏光波の カイラリティは、反射ごとに交互に変わります)。

2003 年には、音響光学可変フィルタ(AOTF)を備えた可視近赤外 (VNIR) 分光偏光イメージング装置が報告されました。^[3]これらのハイパースペクトルおよび分光偏光イメージング装置は、紫外線 (UV) から長波赤外線 (LWIR) にわたる放射領域で機能しました。AOTF では、圧電トランスデューサが無線周波数 (RF) 信号を超音波に変換します。この波は、トランスデューサに取り付けられた結晶を通過し、音響吸収体に入ると回折します。結果として生じる光線の波長は、最初の RF 信号を変更することで変更できます。^[3] VNIR および LWIRハイパースペクトル イメージングは​​、ハイパースペクトル イメージング装置として一貫して優れた性能を発揮します。^[4]この技術は、米国陸軍研究所で開発されました。^[3]

研究者らは、1W以下のRF信号を必要とする可視近赤外線システム（VISNIR）データ（0.4～0.9マイクロメートル）を報告した。報告された実験データは、偏光特性が人工物に特有のものであり、自然物には見られないことを示しています。研究者らは、ハイパースペクトル情報と分光偏光情報の両方を収集するデュアルシステムは、ターゲット追跡用の画像生成に有利であると述べています。^[3]

偏光赤外線画像化と検出は、シーン内のさまざまな特徴を強調して区別し、さまざまな物体の固有の特徴を与えることもできます。中波と長波の赤外線デュアルバンドでの偏光検出用のナノプラズモニックチャープ金属構造は、検出されたさまざまな材料、物体、表面に関する固有の特性を与えることができます。^[5]

宝石鑑定士は、検査中の宝石のさまざまな特性を識別するために偏光器を使用します。適切な検査では、宝石をさまざまな位置や角度で検査する必要がある場合があります。^[6]宝石鑑定士の偏光器は垂直方向の装置で、通常は2つの偏光レンズがあり、その間にいくらかの間隔を空けて1つがもう1つに重ねられています。偏光器には、下部の偏光レンズの下に光源が組み込まれており、上を向いています。宝石は下部のレンズの上に置かれ、上部のレンズを通して見下ろすことで適切に検査できます。偏光器を操作するために、宝石鑑定士は偏光レンズを手で回転させて、宝石のさまざまな特性を観察する場合があります。偏光器は偏光フィルターを使用して、宝石が通過する光波にどのように影響するかという特性を明らかにします。

偏光器は、まず宝石の光学特性と、単屈折（等方性）、異常複屈折（等方性）、複屈折（異方性）、集合体かどうかを判断するために使用されることがあります。石が複屈折で集合体でない場合は、偏光器を使用して宝石の光学図、または単軸か二軸かをさらに判断することができます。この手順では、ルーペ（コノスコープとも呼ばれる）の使用が必要になる場合があります。^[7]最後に、偏光器を使用して宝石の多色性を検出できますが、この目的には、多色性を並べて表示して識別しやすい二色鏡の方が適している場合があります。

偏光計は、これらの測定を行うために使用される基本的な科学機器ですが、この用語は、偏光合成開口レーダーで行われるような、コンピューターによって実行される偏光測定プロセスを説明するために使用されることはほとんどありません。

偏光測定法は、直線複屈折、円複屈折（光学回転または光学回転分散とも呼ばれる）、直線二色性、円二色性、散乱など、物質のさまざまな光学特性を測定するために使用できます。^[8]これらのさまざまな特性を測定するために、古いものから現在使用されているものまで、さまざまな設計の偏光計がありました。最も感度の高いものは干渉計に基づいていますが、より従来的な偏光計は、偏光フィルター、波長板、またはその他のデバイスの配置に基づいています。

偏光測定は、活動銀河核やブレーザー、太陽系外惑星、星間物質内のガスや塵、超新星、ガンマ線バースト、恒星の自転、^[9]恒星の磁場、デブリ円盤、連星の反射[ ^10]、宇宙マイクロ波背景放射などの発生源の物理的特性を研究するために、天文学の多くの分野で使用されています。天文偏光測定観測は、偏光が画像データ内の位置の関数として測定される画像偏光測定、偏光が光の波長の関数として測定される分光偏光測定、または広帯域開口偏光測定のいずれかとして実行されます。

キラル分子の溶液などの光学的に活性なサンプルは、多くの場合、円複屈折を示します。円複屈折により、平面偏光がサンプルを通過するときに偏光の回転が起こります。

通常の光では、振動は伝播方向に垂直なすべての面で発生します。光がニコル プリズムを通過すると、プリズムの軸方向を除くすべての方向の振動が遮断されます。プリズムから出てくる光は、振動が一方向であるため、平面偏光であると言われています。2 つのニコル プリズムを偏光面が互いに平行になるように配置すると、最初のプリズムから出てきた光線は 2 番目のプリズムに入ります。その結果、光の損失は観察されません。ただし、2 番目のプリズムを 90° 回転させると、最初のプリズムから出てきた光は 2 番目のプリズムによって止められ、光は出てきません。通常、最初のプリズムは偏光子と呼ばれ、 2 番目のプリズムは検光子と呼ばれます。

この回転を測定するための簡単な偏光計は、サンプルを入れるための平らなガラスの端が付いた長いチューブで構成されています。チューブの両端にはニコル プリズムまたはその他の偏光子があります。チューブを通して光を照射し、接眼レンズに取り付けられたもう一方の端のプリズムを回転させて、完全に明るい領域、または半分暗い領域、半分明るい領域、または完全に暗い領域に到達させます。次に、回転角度をスケールから読み取ります。180° の角度の後も同じ現象が見られます。次に、サンプルの特定の回転を計算できます。温度は光の回転に影響を与える可能性があるため、計算ではこれを考慮する必要があります。

${\displaystyle [\alpha ]_{\lambda }^{T}=100\alpha /l\rho \,\!}$

どこ：

• [α] _λ ^{T は}比回転である。
• Tは温度です。
• λは光の波長です。
• αは回転角度です。
• l は光がサンプルを通過する距離、つまり経路長です。
• ${\displaystyle \rho}$溶液の質量濃度です。

• エリプソメトリー

• 偏光鏡 – 光学特性を測定するための Gemstone Buzz 機器。
• EUプロジェクトNanoCharM nanocharm.org