수직파, 평행파, 선편광
정의
위 그림과 같이 진행방향과 진동방향이 서로 수직인 파동을 수직파transverse wave, 횡파라고 한다. 반대로 진행방향과 진동방향이 서로 평행한 파동을 평행파longitudinal wave, 종파라고 한다.
설명
파동이 특정 방향으로 진동하는 것을 편광polarization이라 한다. 수직파는 진행방향과 수직한 방향이 2개이므로 2개의 편광 상태를 가진다고 말할 수 있다.
줄을 위아래로 흔드는 경우 수직편광이며 복소 파동 함수는 다음과 같다.
$$ \tilde{\mathbf{f}}_\perp (z, t) = \tilde{A} e^{i(kz-\omega t)}\mathbf{\hat{x}} $$
줄을 좌우로 흔들면 수평편광이며 파동함수는 아래와 같다.
$$ \tilde{\mathbf{f}}_\parallel (z, t) = \tilde{A} e^{i(kz-\omega t)}\mathbf{\hat{y}} $$
$xy-$평면상의 임의의 방향 $\mathbf{\hat{n}}$으로 흔드는 경우의 파동함수는
$$ \tilde{\mathbf{f}} = \tilde{A} e^{i(kz-\omega t)}\mathbf{\hat{n}} $$
이때 $\mathbf{\hat{n}}$를 편광벡터polarization vector라 한다. 편광 벡터로 파동이 진동하는 면을 정의한다. $\mathbf{\hat{n}}$과 $\mathbf{\hat{x}}$가 이루는 각도 $\theta$를 편광각polarization angle이라 한다. 그러면 다음이 성립한다.
$$ \mathbf{\hat{n}}=\cos \theta\mathbf{\hat{x}}+\sin \theta \mathbf{\hat{y}} $$
따라서 $\mathbf{\hat{n}}$방향으로 진동하는 파동은 수평 파동과 수직파동의 합으로 나타낼 수 있다.
$$ \mathbf{\tilde{f}}(z,t)=(\tilde{A}\cos\theta)e^{i(kz-\omega t)}\mathbf{\hat{x}}+(\tilde{A}\sin\theta)e^{i(kz-\omega t)}\mathbf{\hat{y}} $$
위와 같은 편광을 선편광linear polarization이라 한다.