マリュスの法則とは?
マリュスの法則は、直線偏光が偏光フィルター(検光子)を通過したあと、光の強度がどのように変化するかを表す法則です。すでに偏光している光が、その偏光方向と角度θをなす透過軸を持つ偏光板に入射すると、透過後の強度は cos²θ の割合まで減少します。この法則は1809年にエティエンヌ=ルイ・マリュスによって発見され、光学・写真・液晶ディスプレイ(LCD)・レーザー物理など、幅広い分野の基礎となっています。
計算式
透過光の強度は次の式で求められます。
$$I = \text{I}_0 \cdot \cos^{2}\!\left(\theta\right)$$
ここで \(\text{I}_0\) は入射する偏光の強度、\(\theta\) は光の偏光方向と偏光板の透過軸とがなす角度、\(I\) は透過後の光の強度です。\(\theta = 0°\) のときは光がすべて通過し(\(I = \text{I}_0\))、\(\theta = 90°\) のときは偏光板が光を完全に遮断します(\(I = 0\))。
この計算ツールの使い方
初期強度 \(\text{I}_0\) を任意の統一した単位(W/m²、ルーメン、あるいは 1 などの相対値)で入力し、角度θを度(°)で入力します。すると、透過後の光の強度と、通過する光の割合(パーセント)が表示されます。
計算例
強度 \(\text{I}_0 = 100 \ \text{W/m}^2\) の偏光が、\(\theta = 60°\) で偏光板に入射する場合を考えてみましょう。\(\cos(60°) = 0.5\) なので、\(\cos^{2}(60°) = 0.25\) となり、\(I = 100 \times 0.25 = 25 \ \text{W/m}^2\) が得られます。つまり、元の光のうち25%だけが透過することになります。
よくある質問(FAQ)
非偏光(自然光)にも当てはまりますか? いいえ。マリュスの法則は、すでに偏光している光に適用されます。非偏光が最初の偏光板を通過すると、角度に関係なく強度は半分(\(\text{I}_0/2\))になり、その後の偏光板に対してマリュスの法則が適用されます。
透過がゼロになる角度は? \(\theta = 90°\)(直交偏光板)のとき \(\cos^{2}(90°) = 0\) となり、光はすべて遮断されます。
θは90°を超えてもよいですか? はい。\(\cos^{2}\) は周期的なので、この式はどんな角度でも成り立ちます。たとえば120°は60°と同じ結果になります。