偏光レーザー光のミラー反射のメカニズムについて

質問

直線偏光を(Al)ミラーで反射すると楕円偏光になる物理的なメカニズムがつかめません。
　理論の式では、位相変化が起こる理由は理解できるのですが、直線偏光が入射したとき、（Al)ミラー中でおこる電子・原子の振る舞いについてのメカニズムの事です。
　どのように位相が変わるのでしょうか？

　実際に、偏光レーザー光を使った測定をしていて、この様な問題に会いました。レーザー系の文献を調べてみると、ただ、ミラーの反射により直線偏光が楕円偏光になるという記述しか載ってなかったり、理論式しか載っていません。

　この物理的なメカニズムを解決できる文献やweb等があれば教えて下さい。当然、皆様の知識・経験等の方が有難いです。

　皆様はどのように認知されているのでしょうか?

　よろしくお願い致します。

回答No.1

noname#11476 · ベストアンサー

基本的に、ミラーに入射する光のミラーを基準とした入射方向が決まると、反射方向も決まりますね。
この入射と反射の方向の両方を含む平面を考えてあげます。
この平面に対して垂直な偏光方向をｓ偏光、平行な方向でかつ光の進行方向に垂直な偏光方向をｐ偏光といいます。
直線偏光が楕円になってしまうのは、このｓ偏光とｐ偏光が反射するときの位相差が同一でないということです。
だからアルミミラーに対してｓ又はｐ偏光のみ光を入射するようにすれば、偏光方向は変化しません。

ここまではよろしいですね？

さて、ｓ偏光とｐ偏光での反射時の位相差を考える場合、基本的に反射とはどのようにして行われているのかを考える必要があります。
反射は基本的に、アルミミラー表面の価電子帯が入ってきた電場により振動します。電子が振動するということはまた光を再放出するということを意味しています。
このとき、一つの電子しかなければ、それはいろんな方向に光は出て行くでしょう。しかしたくさんの電子が集まると、互いの干渉効果で特定の方向のみ反射します。
（計算は入射光のの位相から順番に同一位相になる点を追いかけると入射角＝反射角となることが判ります）

ｓ偏光の場合は電場方向はアルミミラーの表面に平行ですから、反射光は同じ電場方向に振動した光となり簡単です。
しかしｐ偏光の場合は入射光の電場方向ではなく、異なる電場方向で反射しないといけません。
偏光方向は必ず光の進行方向に対して垂直ですが（注：異方性のある誘電体物質中を除く）、作図するとわかるように入射光の電場方向と出射光の電場方向は異なるわけです。

この違いのためｓ偏光とｐ偏光の位相関係の計算をすると、位相の値、反射係数に違いが生じます。
これが微視的にみた定性的な説明となります。

実際に計算してみるのであれば、マクロ的にはマクスウェル方程式を解けば求まりますので、光の反射をマクスウェル方程式で解いている本があれば計算の仕方は出ていると思います。
ミクロに計算したいのであれば、通常双極子モーメントの計算から求めることが一般的ですね。
具体的な教科書となるとすぐにはちょっと思いつきません。

では。

お礼

mickjey2さん。返事が遅くなりまして大変申し訳ありません。いろいろと教えて頂いた事を基に、あれこれ参考書を探しましたが、あまりどの本も具体的には載っていないようです。でも、mickjey2さんが教えてくれた事は非常に理解しやすかったです。引き続きマクスウェル方程式など解いて見ます。
本当にありがとうございました。また、何か質問した時はよろしくお願い致します。