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Mar 25, 2023

Polarimetry에 대한 Astrobites 가이드

브라일리 루이스 | 2022년 10월 23일 | 가이드 | 0개의 코멘트 By Briley Lewis 간략한 설명

브라일리 루이스 | 2022년 10월 23일 | 가이드 | 댓글 0개

브릴리 루이스

편광에 대한 간략한 소개

빛은 전자기파이며, 전기장은 항상 같은 방향을 향하지 않습니다. 빛의 전기장의 방향은 빛의 "편광 상태"를 정의합니다. 이 가이드에서는 양극화가 무엇인지, 우주에서 양극화가 어떻게 생성되는지, 어떻게 관찰할 수 있는지에 대해 설명합니다.

우리는 편광을 비편광광, 선형 편광, 타원 편광의 세 가지 주요 방법으로 분류합니다. 무편광(자연광이라고도 함)은 무작위로 편광된 빛으로 더 잘 설명됩니다. 즉, 많은 광원은 방출된 빛의 편광이 매우 빈번하고 무작위로 변하는 이미터의 집합입니다. 이는 극단적인 현상이며 종종 빛은 어떤 방식으로든 부분적으로 편광됩니다. 선형 편광된 빛은 전기장의 방향이 일정합니다(비록 파동의 크기는 여전히 변할 수 있음). 타원 편광된 빛은 타원을 추적하면서 벡터가 회전하는 전기장을 갖습니다. 원형 편광은 x 방향과 y 방향이 모두 동일한 경우 중 하나입니다. 이러한 사례 중 일부가 아래 그림에 나와 있습니다.

행렬을 사용하여 편광을 수학적으로 설명할 수 있습니다. Stokes 벡터(Stokes 매개변수라고도 함)는 이를 수행하는 유용한 방법입니다. I, Q, U, V의 네 가지 매개변수가 있습니다. I는 총 강도이고, Q는 선형 편광(부호에 따라 수평 또는 수직)을 나타내며, U는 두 번째 직교 축 세트(+/-)에서의 편광을 나타냅니다. 45도), V는 타원형 편광을 나타냅니다(>0인 경우 오른쪽, 왼쪽<0). 이는 다음과 같이 정의됩니다.

완전히 편광된 빛의 경우 I2 = Q2 + U2 + V2입니다. 부분 편파 시스템의 경우 편파 정도는 P = (Q2 + U2 + V2)½ / I로 지정됩니다. 다양한 편파 상태에 대한 스톡스 벡터의 예시는 Hecht의 표 8.5를 참조하세요. 마찬가지로 Stokes 벡터에 대한 다양한 편광판의 작동은 Mueller 행렬로 설명할 수 있습니다.

우주에서 편광을 생성하는 것은 무엇입니까?

편광은 이색성, 반사, 산란 또는 복굴절(이색성 및 복굴절에 대한 자세한 내용은 다음 섹션에서!)뿐만 아니라 기타 전자기 효과의 영향을 받을 수 있습니다. 싱크로트론 복사와 같은 일부 복사 과정은 자연적으로 편광도 생성합니다.

빛은 전자와의 상호작용으로 인해 산란을 통해 편광될 수 있습니다. 편광되지 않은 입사광의 경우 입사 축을 따라 산란된 빛은 변경되지 않으며 직교(90도) 각도로 산란된 빛은 선형으로 편광됩니다. 산란은 빛의 파장에 비해 입자의 크기에 따라 더 복잡할 수 있습니다. 레일리 산란은 입자가 파장보다 훨씬 작을 때 발생하는 현상을 설명하고 미 산란은 산란을 더 일반적으로 설명합니다.

빛은 유전 매체의 반사에 의해 편광될 수도 있습니다. 여기서 들어오는 편광의 한 구성 요소만 반사되고 다른 구성 요소는 굴절됩니다. 브루스터의 법칙은 반사된 광선이 완전히 편광되는 각도와 해당 각도로부터의 편차가 부분적으로 편광되는 각도를 설명합니다.

천문학에서 편광을 생성하는 상황의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

양극화를 어떻게 측정하나요?

들어오는 빛 중 얼마나 많은 부분이 편광되었는지 파악하려면 일종의 편광판(광을 해당 구성 요소로 분리하거나 특정 편광만 통과시키는 필터)을 사용해야 합니다. Hecht가 광학 교과서에서 말했듯이 편광판이 작동하려면 "과정과 관련된 일종의 비대칭성이 있어야 합니다."

일부 편광판은 하나의 편광 상태만 선택적으로 흡수되고 다른 직교 편광 상태는 잘 통과하는 이색성을 사용합니다. 일부 결정은 폴라로이드 필터와 마찬가지로 자연적으로 이색성입니다. 일반적으로 활용되는 또 다른 효과는 복굴절입니다. 즉, 물질 내부의 원자 배열로 인해 물질의 굴절률이 달라집니다. 특정 복굴절 결정은 빛을 직교 편광 상태로 분할할 수 있습니다. 천문학의 유용한 예는 많은 장비에서 편광 빔 스플리터 역할을 하는 Wollaston 프리즘입니다.