偏光板を用いた実験
偏光とは
光や電磁波は、電場や磁場が進行方向に対し垂直な面内で振動しながら進む横波である。偏光とは、光の電場振動面が空間的に偏った状態を表す。
偏光は３種類あり、直線偏光・円偏光・楕円偏光がある。
直線偏光は、ある方向に一定に振動する偏光のことである。
円偏光は、回転の方向（右回り・左回り）で右円偏光・左円偏光がある。
楕円偏光は、直線偏光と円偏光の組み合わせで、楕円を描くように振動する。
<出典> HORIBA「分光エリプソメトリーの概要と関連用語」
https://www.horiba.com/jp/scientific/products-jp/ellipsometers/thin-film-metrology/guidance/1/
偏光板とは
今回実験でも使用した偏光板は、全方向に振動している自然光を一定の方向に振動している光だけを選択して通す。偏光板が使われている身近な例としては偏光メガネのレンズや、液晶ディスプレイなどが挙げられる。
私たちは簡易偏光板を用いて簡単な実験を行った。
実験① 偏光を確かめる
偏光板を通して見える画像が、偏光板を通さずに見る場合とどのように変わるのかを観察した。偏光板は光を特定の方向に偏らせることから、偏光板の角度を変えることによって違いを観察した。
実験に用いた偏光板は誰でも手に入るプラスチック製の偏光板であり、画像はインターネットから検索して見つけた日本女子大学の画像を使用した。
画像はパソコンの画面上に表示させ、実験を行った。
この後に偏光板の角度を変えることによって光の進行方向を変化させることから、偏光板に紫色の付箋を付け、
目印とした。この画像を図1とする。
図1時点では偏光板がない時と違いは見られなかった。
続いて偏光板を時計回りに45度回転させ、変化を見た。
この図を図2とする。図1と比較をすると、図2の方が全体的に少し色が濃くなっていることがわかる。そしてさらに偏光板を45度回転させた。
偏光板を図1と比較して90度回転させたこの画像を図3とする。このとき、偏光板をあてている部分の画像は黒くなってしまい、本来の写真が見えなくなってしまった。
このことにより、図3においては透過された光が遮断されてしまったことがわかる。
実験② 光弾性を確かめる
次に、実験1と同じ偏光板を使用して、プラスチック製のスプーンで実験を行った。右図がその実験結果になる。この実験で使用した道具は[プラスチック製のスプーン、偏光板×2枚、スリットを入れる器具、コピー用紙]である。
実験結果が分かりやすいように、実験を行った部屋は真っ暗にし、スプーンより奥の偏光板の後ろにコピー用紙をあて、その後ろから光源(携帯電話の光)を入れた。
実験結果としては、スプーンのつぼの部分(スプーンの中でも特にくぼんでいる部分)から外側に、色が変化する円が広がっていることが確認された。
これは「光弾性」という光の性質によるものである。
光弾性とは、弾性体が何らかの外力がかかることによって変形をし、光学的異方性となって、複屈折を起こす現象のことを言う。
今回使用したプラスチック製のスプーンのつぼの部分は、もともと平らなプラスチックに大きい圧力を加えることにより、あのような形を作っている。
外力がかかることにより、つぼの部分では複屈折が起き、偏光板を通した際に色の変化が見られた。