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偏光とは何か? 
 
 
 

光は電磁波で様々な特性があります。 その特性のひとつが偏光です。 偏光を理解する為には電磁波の
基本特性を理解する必要があります。 図1はMaxwell の方程式からの平面波を示したものです。


図1: 電磁波

電磁波は電場成分と磁場成分を持っています。これらの2つの成分は互いに直交しています。 この波を正確に記述するには、振幅、波長、速度と位相が決められることが必要です。

波が伝達するにつれて、横(y-z面)から見ると波は曲がりくねって動くように見えます。 しかしながら波が
自分の方向に向かうようにz方向から見ると、図2に示すように電場の波は 垂直な直線上を動いているように見えます。波の偏光状態は電場ベクトルの方向と位相に よって決定されます。


図2: 直線偏光
 
直線偏光:XとY成分
波の偏光はどのような角度にも回転します。偏光を記述する為に、波をXとY軸に投影します。 ExとEy成分によって波が定義されます。これらの成分が同じ方向に伝達され、お互いが直交して同じ位相であれば直線
偏光となります。この概念は図3に示されています。



図3:直交した2つの成分ExとEyで示された直線偏光
 
円偏光
偏光には3つのタイプがあります。直線偏光はすでに述べましたが、他に円偏光と楕円偏光があります。
図4は円偏光を示しています。この場合ExとEyとの2つのベクトルの振幅は同じで90度位相がずれて
います。 (一方が最大のとき他方は最小になります。)



図4 円偏光:一方の成分が最大のとき他方は最小になる
 
楕円偏光
図5に楕円偏光を示しています。この偏光状態でExとEyベクトルは任意の位相と振幅をとります。 直線偏光と円偏光は、実は楕円偏光の状態の一部といえます。エリプソメトリーという言葉は楕円偏光を測定する
ところからきています。



図5: 楕円偏光:どちらの成分も任意の振幅と位相をとる
 

一般的に、偏光は光ビームの形で表すことが出来ます。これを表すために方位角と楕円のふくらみ2つの値が用いられます。これらの値はPsiとDeltaに関係していて、楕円の大きさからも独立した値となります。
言いかえれば2つのベクトルの強度からは独立した値といえます。図6に示した2つの楕円は、一方が他方より大きいですが同じPsiとDeltaをとります。このことがエリプソメトリー測定が光源の強度の変動に影響されない、精度がよい精密な測定技術であることの一つの理由となっています。
この測定は光の偏光状態の変化のみに影響されます。


図6
 
 

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