光物性工学(H1,2コース),物性物理学(Pコース),佐藤勝昭教官1998.5.19配布資料

第3回(98.5.12)の授業の要点

 

第2回の問題回答

問題1ガラス(屈折率n=1.5)に斜めにP偏光を入射したらある角度ΘでP偏光成分がになった。この角度(ブリュースター角)を求めよ。

解答:

質問への回答

講義内容に関係する質問

Q.ガラスの反射を何で見て偏光を発見したのか。偏光子はあったのか(H1井尻)→A.方解石を使ってみていたのだそうです。方解石は複屈折があり2重の像が見えることは知られていました。するとガラスからの反射光は1つの像しか見えません。90度まわすと、位置が変わってもう一つの像が見えます。このことから方解石の2重像には方位が関係することを知ったのです。

Q.なぜκがゼロの時のみ反射光がS偏光になるのか。またS偏光だけになったときの光はどのような性質があるのか (H1中野)→A.例えば、上の問題でであったとしましょう。すると、実数のθの範囲ではRpをゼロにすることができません。Rpはあるθのところで極小値をとりますが決して0にはなりません。コンピュータで計算してみて下さい。中野君への宿題にします。S偏光だけになった光は、いわゆる偏光子を透過した光と同じで、いわゆる直線偏光になっているのです。

Q(関連質問).スライドグラスだと偏光して、金属だとだめなのが分からない。→A.ガラスなどでは複素屈折率は実数部(n)のみで表されますが、金属ではnとκの両方で表されるからです。例えば、波長550nm(緑)に対するアルミニウムの複素屈折率はN=n+iκ=0.68+i4.80となり、κのほうがnより遙かに大きいのでRpがゼロになることはありません。

Q.複素数の角度のことが分からない(H1天野)→A.本当のところ私にもその物理的描像がはっきりしていませんが、一つの考え方として、θ=θ+iθのときsinθはいくらかを計算してみましょう。

となってsinθも複素数になります。また絶対値を計算してみると

となり、1より小さな値になります。虚数部は振幅の減衰を与えます。

Q.P偏光のところで話したEベクトルの意味がわからない(H2細谷)→A.電磁波は電界E成分と磁界H成分が互いに直交しています。P偏光、S偏光という定義は電界Eのベクトルの向きが入射面に平行か垂直かで決まっています。

Q.分布定数回路と光の反射の関係が分からない。(H2中嶋)→A.教科書問題4.6(p.194)参照

Q.P.147において光の時間項をexp(iωt)とおくと光の吸収の式

となって減衰どころか発散してしまうがどうすればよいのか。(H2渡邊)→A.時間変化をexp(iωt)とするときには、複素屈折率はN=n-iκととるという約束になっています。また、このときの誘電率のとりかたも、ε=ε
+iεではなく、ε=ε−iεとします。

固体物理学一般

Q.原子の中で電子は波として扱われるがなぜとびとびのエネルギーしかとれないのか(H1チャン)→A.前にも述べたように量子力学で扱うとき、粒子には2面性があり、波としての性質と粒としての性質を持ちます。電子線回折などの「波としての性質をみる実験」をすると波として振る舞います。光スペクトルのように「粒としての性質を見る実験」をすると、とびとびのエネルギーという性質が見えるのです。

光一般

Q.光をレンズに通したときの焦点までの距離の求め方(P山内)→A.高校の教科書を復習して下さい。

Q.光の虚数部をコントロールする方法(H2山本一)→A.虚数部というのは位相と考えてよいでしょう。吸収性の物質による反射、複屈折性の物質を透過したときのリターデーションなどがこの例です。液晶ディスプレーも虚数部の制御が行われています。

Q.オーロラは虹と同じ現象か(H2岡)→A.オーロラは、地球の磁気緯度の高い地方で見られる気体粒子の発光現象です。太陽から来る荷電粒子による磁気嵐にともなって起きます。虹は、水滴による光の屈折が原因ですから、全く異なった現象です。

Q.マジックミラーの原理(H1向山)→A.反射率30%、透過率30%くらいの半透鏡(ハーフミラー)を用います。この鏡を通して明るい部屋から暗い部屋をみても鏡としか見えませんが、暗い部屋のほうから明るい部屋をみると、こちらの映り込みより、透過光の方が大きいので、明るい部屋の内容がはっきりと見えるのです。

その他の質問・要望

Q.説明を聞きながらノートに写すには大変。板書の部分をプリントで配って欲しい(H1登守)→A.授業の内容はその日その日で学生の反応や、学生の知識の度合いを見て変えています。すべてアドリブでやっているので予めプリントにすることができません。また、ほとんどの板書の内容は教科書にありますから、およその筋書きが写してあればよいのではないかと思います。全部プリントするのなら教科書を指定しません。

Q.電気電子関係の公務員の職種(H1山下)→A.国立研究機関や大学・高専等の技術職員(技官)になるひとが多いですが、郵政省、運輸省、通産省、科学技術庁、建設省などでも、電気電子系人材を求めています。地方公務員の場合にも、水道事業、下水道事業、ゴミプラントなど電気電子系の公務員が活躍しています。