편광(Polarization)

편광은 빛의 모든 방향으로 진동하는 전기장과 자기장으로 구성되지만

편광된 빛은 전기장의 특정한 방향으로만 진동합니다.

편광 필터를 사용해 화면의 밝기를 조절하는 원리에 대해 알아봅니다. 

 

편광 필터는 특정 방향으로 진동하는 빛만 통과시키고, 다른 방향의 빛은 차단합니다. 예를 들어, 수직 방향으로 진동하는 빛만 통과시키는 편광 필터를 사용하면, 수평 방향으로 진동하는 빛은 차단됩니다.

 

액정 디스플레이(LCD)에서의 편광 필터 활용

 

1. 초기 상태(전원OFF): 첫 번째 편광 필터를 통과한 빛은 특정 방향(예: 수직)으로 편광됩니다. 이 빛이 두 번째 편광 필터(수평)에 도달하면, 두 필터가 수직으로 배치되어 있으므로 빛이 통과하지 못하고 화면은 어둡게 보입니다.

2. 액정 층의 역할 (전원ON) : 액정 층은 전기장을 가해 분자 배열을 바꿀 수 있습니다. 전기장을 가하면 액정 분자가 회전하여 빛의 편광 방향을 바꿉니다. 이렇게 되면, 두 번째 편광 필터를 통과할 수 있는 빛의 양이 조절됩니다.

3. 밝기 조절: 액정 층에 가하는 전기장의 강도를 조절해 빛의 편광 방향을 미세하게 조정하면, 두 번째 편광 필터를 통과하는 빛의 양이 달라져 화면의 밝기가 조절됩니다. 전기장이 강할수록 더 많은 빛이 통과해 화면이 밝아지고, 약할수록 빛이 적게 통과해 화면이 어두워집니다   

 

현재 편광을 주제로 한 논문 중에서 

 

메타표면을 이용한 고급 편광 제어 및 광학 장치 응용
생체 의학 분야에서의 편광 민감 이미징 기술
고밀도 데이터 저장을 위한 편광 다중화 홀로그래피
2D 물질을 이용한 양자 컴퓨팅용 빛의 편광 제어
플라즈모닉 나노구조에서의 편광 의존적 광-물질 상호작용
환경 모니터링을 위한 편광 분해 분광 기술
메타물질 기반의 초광대역 편광 변환기
안전한 데이터 전송을 위한 편광 암호화 통신
대기 중 빛 산란과 기후 연구에서의 편광 효과
초기 질병 탐지를 위한 편광 민감 광간섭 단층촬영 기술

 

초기 질병 탐지를 위한 편광 민감 광간섭 단층촬영 기술

 

편광 민감 광간섭 단층촬영 기술은 생체 조직의 미세 구조와 편광 특성을 고해상도로 이미지화하는 기술입니다. 이 기술은 기존의 광간섭 단층촬영(OCT)에 편광 정보를 추가해, 조직의 병변을 더 정확하게 탐지할 수 있게 해줍니다. 

 

광간섭 단층촬영(OCT)이란?
OCT는 빛을 이용해 생체 조직의 단면 이미지를 고해상도로 촬영하는 기술입니다. 레이저 빛을 조직에 쏘아 반사된 빛을 분석해, 조직의 깊이별 구조를 3D로 이미지화합니다. 주로 안과, 피부과, 치과 등에서 사용됩니다.

 

편광 민감 광간섭 단층촬영(PS-OCT)이란?
PS-OCT는 기존 OCT에 편광 정보를 추가한 기술입니다. 빛이 조직에 반사되거나 통과할 때, 조직의 구조에 따라 빛의 편광 상태가 변하는 특성을 활용합니다. 이를 통해 조직의 미세 구조뿐만 아니라, 조직의 광학적 이방성도 측정할 수 있습니다.

 

PS-OCT의 원리?
PS-OCT는 특정 방향으로 편광된 빛을 조직에 쏩니다. 빛이 조직에 반사되거나 산란될 때, 조직의 구조에 따라 빛의 편광 상태가 변합니다.반사된 빛의 편광 상태를 분석해, 조직의 미세 구조와 병변을 구별합니다.

 

조직의 구조에 따라 빛의 편광 상태가 변하는 것은, 빛이 조직에 반사되거나 산란될 때 편광 방향과 **진폭(빛의 양)**이 달라지는 현상을 의미합니다. 이 변화는 조직의 광학적 특성(예: 콜라겐 배열, 세포 구조 등)에 의해 발생하며, 이를 통해 조직의 상태를 분석할 수 있습니다.

 

빛이 조직에 반사될 때 편광 상태가 변하는 이유

빛의 산란: 빛이 조직 내부에서 여러 방향으로 산란됩니다.
편광 변화: 조직의 구조가 빛의 편광 방향을 회전시키거나, 특정 방향의 편광 성분을 더 강하게 반사시킵니다.
예: 콜라겐 섬유는 빛의 편광 방향을 회전시키는 성질이 있습니다.

건강한 조직: 콜라겐 섬유가 규칙적으로 배열되어 있어, 빛의 편광 방향을 일정하게 회전시킵니다. 이 경우, 편광 필터를 통과하는 빛의 양이 일정합니다.
병든 조직: 콜라겐 섬유의 배열이 무질서해져, 빛의 편광 방향이 불규칙하게 변합니다. 이 경우, 편광 필터를 통과하는 빛의 양이 달라집니다.

 

초기 질병 탐지에 어떻게 사용되나요?

망막 질환: 망막의 층별 구조와 콜라겐 섬유의 배열을 분석해, 당뇨병성 망막병증이나 녹내장을 초기에 진단합니다.

피부암: 피부 조직의 편광 특성을 분석해, 종양의 경계와 깊이를 정확하게 측정합니다.

치주 질환: 잇몸 조직의 염증과 구조 변화를 감지해, 치주염을 조기에 진단합니다.

관절염: 연골 조직의 콜라겐 배열을 분석해, 관절염의 초기 증상을 발견합니다.