지난 게시글 에서 편광이 중요하다는 것은 알았다. 그렇다면 편광의 기원은 뭘까? 이제 wave의 관점이 아닌, photon의 관점에서 편광의 기원을 짧게 다뤄보자.
광자는 Boson의 일종으로써 $\pm \hbar$의 spin angular momentum을 갖는다. 그리고 이 spin angular momentum은 각각 좌원편광과 우원편광을 의미한다. 즉, 광자의 편광에 대한 eigenstate는 우원편광과 좌원편광인 것이다. 그러면 선형편광은 어떻게 생기는 것일까? 바로 두 편광상태 - 우원편광과 좌원편광이 합쳐져서 만들어진다. 우원편광을 가진 photon과 좌원편광을 가진 photon이 동일한 숫자로 들어오면 선형편광, 동일하지 못한 비율로 들어오면 타원편광이 발생하는 것이다.
Left and right circular polarization and their associate angular momenta By E-karimi - Own work, CC BY-SA 3.0, Link
광자의 angular momentum에는 spin angular momentum 이외에도 orbital angular momentum이 있는데, 광자의 orbital angular momentum을 가지는 빛은 wave front가 나선형으로 진행한다. 직선으로 진행하는 wave front는 orbital angular momentum이 0이고, 파장 한 번에 wavefront가 한 번 회전하면 $\hbar$, 두 번 회전하면 $2\hbar$를 가지고 있다. 이는 양자정보학, 분자모터 등에 사용하는 특성이다. OAM 상태는 coherent한 중첩으로 생성되며 entangle될 수 있기 때문에 양자 정보 프로토콜 체계에 필수적인 요소이다.
By E-karimi - Own work, CC BY-SA 3.0, Link
Spin angular momentum이 전달되면 입자가 자체 축을 중심으로 회전을 하게 되고, orbital angular momentum이 전달되면 파면의 중심축을 중심으로 회전운동 한다.
