偏光測定

偏光測定法を使用して色付けされたデスバレーの合成開口レーダー画像。

偏光測定とは、横波、特に電波や光波などの電磁波の偏光状態を測定し、解釈する技術です。偏光測定は、通常、ある物質を通過した、あるいは物質によって反射、屈折、回折された電磁波を対象とし、その物体の特性を明らかにするために行われます。[ 1 ] [ 2 ]

アプリケーション

薄膜および表面の偏光測定は、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、波動の計算解析にも組み込むことができます。例えば、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、偏光測定は、物質の微細組織を推定したり、ターゲット内の小さな構造の向きを特定したりするために使用できます。また、円偏光アンテナを使用する場合は、受信信号の反射回数（円偏光波の カイラリティは反射ごとに交互に変化する）を特定することもできます。

イメージング

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た。[ 3 ]これらのハイパースペクトル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）までの放射領域で機能する。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する。この超音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する。結果として得られる光線の波長は、最初のRF信号を変化させることで変更できる。[ 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する。[ 4 ]この技術は米国陸軍研究所で開発された。 [ 3 ]

研究者らは、1W未満のRF信号を必要とする可視近赤外線システム（VISNIR）（0.4～0.9マイクロメートル）のデータを報告した。報告された実験データは、偏光特性が人工物に特有であり、自然物には見られないことを示している。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が、標的追跡のための画像生成において有利であると主張している。[ 3 ]

偏光赤外線イメージングと検出は、シーン内の様々な特徴を識別・強調し、異なる物体に固有の特徴を与えることができます。中波と長波の赤外線デュアルバンドで偏光検出を行うナノプラズモニックチャープ金属構造は、検出された異なる物質、物体、および表面について固有の特性を与えることができます。[ 5 ]

宝石学

宝石鑑定士は、検査対象の宝石の様々な特性を識別するために偏光鏡を使用します。適切な検査には、宝石を様々な位置や角度で検査する必要がある場合があります。[ 6 ]宝石鑑定士の偏光鏡は垂直方向に配置された装置で、通常、2 つの偏光レンズが上下に間隔を空けて配置されています。偏光鏡には、下部の偏光レンズの下に光源が組み込まれており、上向きに向けられています。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。偏光鏡を操作するために、宝石鑑定士は偏光レンズを手で回転させて、宝石の様々な特性を観察します。偏光鏡は、偏光フィルターを使用して、宝石がそれを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。

偏光計は、まず宝石の光学特性、単屈折（等方性）、異常複屈折（等方性）、複屈折（異方性）、集合体のいずれかを判断するために使用される。石が複屈折性で集合体でない場合は、偏光計を使用して宝石の光学特性、つまり単軸性か二軸性かをさらに判断するために使用される。このステップでは、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る。[ 7 ]最後に、偏光計は宝石の多色性を検出するために使用されるが、多色性を並べて表示できるため、この目的には二色性計の方が適している場合がある。

装置

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（旋光度または回転分散とも呼ばれる）、直線二色性、円二色性、散乱など、物質の様々な光学特性を測定するために用いられる。[ 8 ]これらの様々な特性を測定するために、様々な設計の偏光計が存在し、その中には古風なものから現在も使用されているものまで様々である。最も感度の高い偏光計は干渉計に基づいており、より従来型の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 の組み合わせに基づいている。

天文偏光測定

偏光測定は、活動銀河核やブレーザー、太陽系外惑星、星間物質中のガスや塵、超新星、ガンマ線バースト、恒星の自転、[ 9 ]恒星磁場、デブリ円盤、連星における反射[ 10 ] 、宇宙マイクロ波背景放射など、天体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用いられています。天文偏光測定観測は、撮像データにおける位置の関数として偏光を測定する撮像偏光測定、光の波長の関数として偏光を測定する分光偏光測定、あるいは広帯域開口偏光測定のいずれかの方法で行われます。

旋光度の測定

キラル分子の溶液などの光学活性試料は、しばしば円複屈折を示します。円複屈折は、試料を通過する平面偏光の偏光を回転させます。

通常の光では、伝播方向に対して垂直なすべての面で振動が発生します。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が 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、光は出てこなくなります。通常、最初のプリズムは偏光子、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シンプルな偏光計は、平らなガラスの両端を持つ長い管で構成され、その中にサンプルを配置します。管の両端にはニコルプリズムなどの偏光子が取り付けられています。光を管に通し、接眼レンズを取り付けたもう一方の端のプリズムを回転させ、完全に明るい領域、または半分暗い領域、半分明るい領域、あるいは完全に暗い領域に到達させます。回転角度は目盛りから読み取ります。180°回転させた後でも同じ現象が観察されます。これにより、サンプルの特定の回転角を計算できます。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。

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

どこ：

  • [α] λ Tは比回転角である。
  • 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。
  • ρ{\displaystyle \rho }溶液の質量濃度です。

参照

参考文献

  1. ^ Mishchenko, MI; Yatskiv, YS; Rosenbush, VK; Videen, G. 編 (2011).偏光検出、特性評価、リモートセンシング, NATO高等研究所特殊検出技術（偏光測定）およびリモートセンシングに関する議事録, ウクライナ, ヤルタ, 2010年9月20日～10月1日, シリーズ: NATO平和と安全保障のための科学シリーズC: 環境安全保障（第1版）. Springer. ISBN 9789400716353。
  2. ^ Tinbergen, Jaap (2007).天文偏光測定法.ケンブリッジ大学出版局. ISBN 978-0-521-01858-6。
  3. ^ a b c d Goldberg, A.; Stann, B.; Gupta, N. (2003年7月). 「米国陸軍研究所におけるマルチスペクトル、ハイパースペクトル、および3次元画像研究」(PDF) .国際核融合会議[6回]議事録. 1 : 499–506 . 2017年5月3日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。
  4. ^ Makki, Ihab; Younes, Rafic; Francis, Clovis; Bianchi, Tiziano; Zucchetti, Massimo (2017年2月1日). 「ハイパースペクトル画像を用いた地雷探知の調査」(PDF) . ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing . 124 : 40– 53. Bibcode : 2017JPRS..124...40M . doi : 10.1016/j.isprsjprs.2016.12.009 . ISSN 0924-2716 . 
  5. ^ Awad, Ehab; et., al. (2017年1月). 「ナノプラズモニックチャープ金属ストライプ偏光計を用いたデュアルバンド赤外線検出」 . Electronics Letters . 53 (2): 95. Bibcode : 2017ElL....53...95A . doi : 10.1049/el.2016.3778 .
  6. ^ 「Polariscope」 . Gemstone Buzz . 2022年1月4日閲覧。
  7. ^ 「Polariscope - The Gemology Project」 . gemologyproject.com . 2022年1月4日閲覧。
  8. ^ V. Tuchin (2000).組織光学：医療診断のための光散乱法と機器．写真光学協会．ISBN 978-0-8194-3459-3。
  9. ^ Cotton, Daniel V; Bailey, Jeremy; Howarth, Ian D; Bott, Kimberly; Kedziora-Chudczer, Lucyna; Lucas, P. W; Hough, J. H (2017). 「明るい星レグルスにおける回転歪みによる偏光」. Nature Astronomy . 1 (10): 690– 696. arXiv : 1804.06576 . Bibcode : 2017NatAs...1..690C . doi : 10.1038/s41550-017-0238-6 . S2CID 53560815 . 
  10. ^ベイリー, ジェレミー; コットン, ダニエル V.; ケジオラ＝チャドツァー, ルシーナ; デ・オルタ, アイン; メイボー, ダレン (2019年4月1日). 「スピカ連星系からの偏光反射光」. Nature Astronomy . 3 (7): 636– 641. arXiv : 1904.01195 . Bibcode : 2019NatAs...3..636B . doi : 10.1038/s41550-019-0738-7 . S2CID 131977662 . 
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