Wenn Licht auf eine ebene Grenze zwischen zwei verschiedenen transparenten Medien trifft, wird im Allgemeinen zumindest ein Teil seiner optischen Leistung reflektiert.Für einen bestimmten Einfallswinkel, der Brewster-Winkel (nach Sir David Brewster) oder manchmal Polarisationswinkel genannt wird, tritt diese Reflexion jedoch nicht auf, vorausgesetzt, das Licht ist p-polarisiert.Letztere Bedingung bedeutet, dass die Polarisationsrichtung (d.h. die Richtung, in der der elektrische Feldvektor oszilliert) innerhalb der Einfallsebene liegt.Für s-polarisiertes Licht ist die Reflektivität sogar höher als für Licht mit normalem Einfall an der Grenze.
Die Größe des Brewster-Winkels hängt von den Brechungsindizes der beteiligten optischen Medien ab und kann mit dem Brewster-Gesetz berechnet werden:
Hier sind n1 und n2 die Brechungsindizes des Mediums des einfallenden Strahls bzw. des anderen Mediums.Man kann zeigen, dass die Summe der Winkel in beiden Medien (bezogen auf die Richtung für den normalen Einfall) 90 ° beträgt.
Als Zahlenbeispiel kann man Licht betrachten, das von Luft (n1 & ca; 1) zu einem Glas mit n2 = 1,5 kommt.Für diese Situation kann man berechnen, dass Brewsters Winkel & ungefähr ist;56.3 °.Abbildung 2 zeigt Brewsters Winkel als Funktion des Verhältnisses der Brechungsindizes – oder des Brechungsindex des zweiten Mediums, wenn das erste Medium n1 = 1 hat.
Für Grenzflächen zwischen Medien mit ähnlichen Brechungsindizes liegt der Brewster-Winkel nahe bei 45 °.Reflexionen sind in solchen Fällen ohnehin schwach.
Für unpolarisiertes einfallendes Licht im Brewster-Winkel ist das reflektierte Licht vollständig s-polarisiert, da es für p-polarisiertes Licht keine Reflexion gibt.Der Begriff „Polarisationswinkel“ kommt von dieser Tatsache.
Im Allgemeinen können Reflexivitäten an solchen Oberflächen mit Fresnel-Gleichungen berechnet werden.Damit kann man beispielsweise die effektive Reflektivität für einen Laserstrahl mit endlicher Divergenz als gewichtetes Mittel von Reflexivitäten für unterschiedliche Winkelkomponenten berechnen.Im Allgemeinen sind solche effektiven Reflexionsgrade eher gering, da die meisten Laserstrahlen eine geringe Divergenz aufweisen.
Für ein qualitatives Verständnis der verschwindenden Reflektivität kann man die oszillierende elektrische Polarisation im zweiten Medium betrachten, die senkrecht zur Richtung der verschwindenden reflektierten beam.It es ist bekannt, dass Dipole Strahlung nicht genau in Richtung ihrer Schwingung emittieren.Dieses Bild liefert jedoch keine wirkliche Erklärung; beispielsweise ist nicht klar, warum die Richtung der elektrischen Polarisation im zweiten Medium relevant sein sollte, obwohl sich der reflektierte Strahl im ersten Medium ausbreiten würde.
Technische Ausnutzung des Brewster-Winkels
Optische Elemente in Laserresonatoren oder anderen optischen Aufbauten sind häufig so ausgerichtet, dass ein sich durch sie ausbreitender Laserstrahl im Brewster-Winkel steht.Auf diese Weise werden Reflexionsverluste für p-polarisiertes Licht vermieden, ohne dass Antireflexbeschichtungen erforderlich sind.Der Vorteil besteht nicht nur darin, dass solche Beschichtungen nicht erforderlich sind, sondern auch darin, dass die realistisch erzielten effektiven Reflexionsgrade bei dieser Technik typischerweise geringer sind.Aus diesem Ansatz können sich jedoch verschiedene Nachteile ergeben – beispielsweise Astigmatismus fokussierter Strahlen, die zusätzliche Komponenten oder konstruktive Details erfordern können, um nachteilige Auswirkungen zu vermeiden.
Beispiele für optische Elemente, die häufig im Brewster-Winkel verwendet werden, sind Laserkristalle, doppelbrechende Tuner, Prismenpaare zur Wellenlängenabstimmung oder Dispersionskompensation und Brewster-Fenster in Gas lasers.In bei Prismen kann diese Technik natürlich nur dann an der Eingangs- und Ausgangsfläche arbeiten, wenn der Winkel zwischen den beiden Oberflächen richtig gewählt ist.Zum Beispiel für ein Prisma aus Quarzglas (SiO2) und der Wellenlänge von 1064 nm, wo der Brechungsindex 1,486 ist, wäre der ideale Winkel zwischen den Prismenflächen 67,9 °.Wird stattdessen ein Winkel von 65° verwendet, betragen die Reflexionsverluste für einen symmetrischen Weg durch den Kristall &insgesamt ca.0,7%.Für 60 ° würde dieser Verlust bereits auf 3,8% steigen.Für ein Glas wie SF10 mit einem höheren Brechungsindex von & ca;1,7 bei 1064 nm liegt der ideale Prismenwinkel bei 60,8 °, und bei Wahl des gemeinsamen Wertes von 60 ° sind die Reflexionsverluste immer noch recht gering (0,2% insgesamt).
Prinzipiell kann man eine starke und einstellbare Dämpfung eines polarisierten Laserstrahls erhalten, indem man ihn z.B. auf einer Glasoberfläche mit einem Einfallswinkel nahe dem Brewsterschen Winkel reflektiert.Das Problem dieser Technik besteht jedoch darin, dass die Reflektivität für s-polarisiertes Licht dann viel höher ist; Selbst wenn der einfallende Strahl recht gut polarisiert ist, könnte eine kleine s-polarisierte Komponente davon eine dominierende Rolle im reflektierten spielen beam.As wie im Artikel über Depolarisationsverlust erläutert, können einige s-polarisierte Komponenten unter bestimmten Umständen leicht erzeugt werden.
Störende optische Reflexionen von Wasseroberflächen können mit polarisierenden Gläsern, die nur vertikal polarisiertes Licht durchlassen, wesentlich abgeschwächt werden.Obwohl der Einfallswinkel des Sonnenlichts oft wesentlich vom Brewster-Winkel abweichen kann, ist die Reflektivität für p-polarisiertes Licht im Allgemeinen viel geringer als für s-polarisiertes Licht.
Fragen und Kommentare von Benutzern
Warum gibt es keinen Brewster-Winkel für die s-Polarisation?
Antwort des Autors:
Nur für die p-Polarisation können wir die Situation haben, dass für einen geeigneten Einfallswinkel die E-Feldrichtung im Medium senkrecht zu der Richtung ist, in die das reflektierte Licht gehen würde.Unter diesen Bedingungen kann kein Licht dorthin gelangen.Für s. konnte das nicht passieren.
Wird Licht durch Sonnenbrille s blockiert-polarisiertes Licht im Brewster-Winkel reflektiert?
Was soll ich tun, wenn ich einen Lichtstrahl polarisieren möchte?Könnte ich eine Brewster-Platte einsetzen und den Winkel an Brewsters Winkel anpassen?Ist das von der Brewster-Platte detektierte transmittierte Licht in diesem Zustand polarisiert?
Antwort des Autors:
Sonnenbrillen basieren auf wellenlängenabhängiger Absorption und Reflexion, nicht auf Polarisation.
Obwohl der Transmissionsgrad einer Brewster-Platte polarisationsabhängig ist, ist sie nicht vollständig polarisiert, da beide Polarisationen in gewissem Maße transmittiert werden.Nur das reflektierte Licht im Brewster-Winkel ist polarisiert.
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Siehe auch: Brewster-Platten, Brewster-Fenster, optische Fenster, Antireflexbeschichtungen
und andere Artikel aus der Kategorie Allgemeine Optik
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