Quando la luce incide su un confine piatto tra due diversi supporti trasparenti, generalmente almeno una parte della sua potenza ottica viene riflessa.Tuttavia, per un particolare angolo di incidenza, che è chiamato angolo di Brewster (dopo Sir David Brewster) o talvolta angolo di polarizzazione, tale riflessione non si verifica a condizione che la luce sia polarizzata P.Quest’ultima condizione significa che la direzione di polarizzazione (cioè la direzione in cui il vettore del campo elettrico oscilla) si trova all’interno del piano di incidenza.Per la luce polarizzata s, la riflettività è persino superiore a quella della luce con incidenza normale sul confine.
La grandezza dell’angolo di Brewster dipende gli indici di rifrazione dei coinvolti supporti ottici e può essere calcolato con la legge di Brewster:
Qui, n1 e n2 sono gli indici di rifrazione del mezzo in arrivo trave e l’altro medio, rispettivamente.Si può dimostrare che la somma degli angoli in entrambi i media (rispetto alla direzione per l’incidenza normale) è di 90°.
Come esempio numerico, si può considerare la luce proveniente dall’aria (n1 & circa; 1) ad un vetro con n2 = 1.5.Per quella situazione, si può calcolare che l’angolo di Brewster è & circa; 56,3°.La figura 2 mostra l’angolo di Brewster in funzione del rapporto degli indici di rifrazione-o dell’indice di rifrazione del secondo mezzo, se il primo mezzo ha n1 = 1.
Per le interfacce tra supporti con indici di rifrazione simili, l’angolo di Brewster è vicino a 45°.I riflessi sono comunque deboli in questi casi.
Per la luce incidente non polarizzata all’angolo di Brewster, la luce riflessa è completamente polarizzata s, in quanto non vi è alcuna riflessione per la luce polarizzata P.Il termine “angolo di polarizzazione” deriva da questo fatto.
Generalmente, le riflettività su tali superfici possono essere calcolate usando le equazioni di Fresnel.Con ciò, si può ad esempio calcolare la riflettività effettiva per un raggio laser con divergenza finita come media ponderata delle riflettività per diversi componenti angolari.Generalmente, tali riflettività efficaci sono piuttosto piccole, perché la maggior parte dei raggi laser ha una piccola divergenza.
Per una comprensione qualitativa della riflettività di fuga, si può considerare la polarizzazione elettrica oscillante nel secondo mezzo, che è perpendicolare alla direzione del riflesso di fuga beam.It è noto che i dipoli non emettono radiazioni esattamente nella direzione della loro oscillazione.Tuttavia, tale immagine non fornisce una spiegazione reale; ad esempio, non è chiaro perché la direzione della polarizzazione elettrica nel secondo mezzo dovrebbe essere rilevante, sebbene il raggio riflesso si propaghi nel primo mezzo.
Sfruttamento tecnico dell’angolo di Brewster
Gli elementi ottici nei risonatori laser o in altre configurazioni ottiche sono spesso orientati in modo tale che un raggio laser che si propaga attraverso di essi sia all’angolo di Brewster.In questo modo, le perdite di riflessione sono evitate per la luce polarizzata p senza richiedere alcun rivestimento antiriflesso.Il vantaggio non è solo che tali rivestimenti non sono necessari, ma anche che le riflettività effettive realisticamente raggiunte sono tipicamente inferiori con quella tecnica.Tuttavia, vari svantaggi possono derivare da questo approccio, ad esempio l’astigmatismo delle travi focalizzate, che può richiedere componenti aggiuntivi o dettagli di progettazione per evitare effetti dannosi.
Esempi di elementi ottici che vengono spesso utilizzati all’angolo di Brewster sono cristalli laser, sintonizzatori birifrangenti, coppie di prismi per l’accordatura della lunghezza d’onda o la compensazione della dispersione e finestre Brewster in gas lasers.In nel caso dei prismi, questa tecnica può ovviamente funzionare sulla faccia di ingresso e uscita solo se l’angolo tra le due superfici è scelto correttamente.Ad esempio, per un prisma in silice fusa (SiO2) e la lunghezza d’onda di 1064 nm, dove l’indice di rifrazione è 1,486, l’angolo ideale tra le superfici del prisma sarebbe 67,9°.Quando si utilizza invece un angolo di 65°, le perdite di riflessione per un percorso simmetrico attraverso il cristallo sono & circa; 0,7% in totale.Per 60°, quella perdita salirebbe già al 3,8%.Per un vetro come SF10, con un indice di rifrazione più alto di & circa; 1,7 a 1064 nm, l’angolo ideale del prisma sarebbe a 60,8° e quando si sceglie il valore comune di 60°, le perdite di riflessione sono ancora piuttosto piccole (0,2% totale).
In linea di principio, si può ottenere un’attenuazione forte e regolabile di un raggio laser polarizzato riflettendolo ad esempio su una superficie di vetro con un angolo di incidenza vicino all’angolo di Brewster.Il problema di questa tecnica, tuttavia, è che la riflettività per s-luce polarizzata è quindi molto più alto, anche se il raggio in ingresso è molto polarizzato, un piccolo s polarized componente di potrebbe svolgere un ruolo dominante nel raggio riflesso.Come spiegato nell’articolo sulla depolarizzazione perdita, qualche s-componenti polarizzati possono essere facilmente generati in determinate circostanze.
I riflessi ottici disturbanti delle superfici d’acqua possono essere sostanzialmente attenuati con occhiali polarizzatori, trasmettendo solo luce polarizzata verticalmente.Sebbene l’angolo di incidenza della luce solare possa spesso deviare sostanzialmente dall’angolo di Brewster, la riflettività per la polarizzazione p è generalmente molto inferiore rispetto alla luce polarizzata S.
Domande e commenti degli utenti
Perché non esiste l’angolo di Brewster per la polarizzazione s?
Risposta dell’autore:
Solo per la polarizzazione p, possiamo avere la situazione che per un angolo di incidenza adatto la direzione del campo E nel mezzo è perpendicolare alla direzione in cui la luce riflessa andrebbe.In quelle condizioni, nessuna luce può andare lì.Per la polarizzazione s, ciò non potrebbe accadere.
La luce è bloccata dagli occhiali da sole la luce polarizzata s si riflette nell’angolo di Brewster?
Cosa devo fare se voglio fare un fascio di luce polarizzata?Posso inserire una piastra Brewster e regolare l’angolo all’angolo di Brewster?La luce trasmessa rilevata dalla piastra Brewster è polarizzata in questa condizione?
Risposta dell’autore:
Gli occhiali da sole funzionano in base all’assorbimento e alla riflessione dipendenti dalla lunghezza d’onda, non in base alla polarizzazione.
Sebbene la trasmissività di una piastra Brewster sia dipendente dalla polarizzazione, non è completamente polarizzata, poiché entrambe le polarizzazioni sono trasmesse in una certa misura.Solo la luce riflessa all’angolo di Brewster è polarizzata.
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Vedi anche: Brewster piatti, Brewster, finestre, finestre ottiche, rivestimenti antiriflesso
e altri articoli nella categoria ottica generale
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