Cuando la luz incide en un límite plano entre dos medios transparentes diferentes, generalmente se refleja al menos una parte de su potencia óptica.Sin embargo, para un ángulo de incidencia particular, que se llama ángulo de Brewster (por Sir David Brewster) o a veces ángulo de polarización, esa reflexión no ocurre siempre que la luz esté polarizada en p.Esta última condición significa que la dirección de polarización (es decir, la dirección en la que el vector de campo eléctrico oscila) se encuentra dentro del plano de incidencia.Para la luz polarizada en s, la reflectividad es incluso mayor que para la luz con incidencia normal en el límite.
La magnitud del ángulo de Brewster depende de los índices de refracción de los medios ópticos involucrados y se puede calcular con la ley de Brewster:
Aquí, n1 y n2 son los índices de refracción del medio del haz entrante y del otro medio, respectivamente.Se puede demostrar que la suma de los ángulos en ambos medios (en relación con la dirección de incidencia normal) es de 90°.
Como ejemplo numérico, se puede considerar la luz proveniente del aire (n1 &aprox; 1) a un vidrio con n2 = 1.5.Para esa situación, se puede calcular que el ángulo de Brewster es & aproximadamente; 56.3°.La Figura 2 muestra el ángulo de Brewster en función de la relación de los índices de refracción, o el índice de refracción del segundo medio, si el primer medio tiene n1 = 1.
Para interfaces entre medios con índices de refracción similares, el ángulo de Brewster es cercano a 45°.Las reflexiones son de todos modos débiles en tales casos.
Para la luz incidente no polarizada en el ángulo de Brewster, la luz reflejada está totalmente polarizada en s, ya que no hay reflexión para la luz polarizada en p.El término «ángulo de polarización» proviene de ese hecho.
Generalmente, las reflectividades en tales superficies se pueden calcular usando ecuaciones de Fresnel.Con esto, por ejemplo, se puede calcular la reflectividad efectiva para un rayo láser con divergencia finita como un promedio ponderado de reflectividad para diferentes componentes angulares.En general, tales reflectividades efectivas son bastante pequeñas, porque la mayoría de los rayos láser tienen una pequeña divergencia.
Para una comprensión cualitativa de la reflectividad de fuga, se puede considerar la polarización eléctrica oscilante en el segundo medio, que es perpendicular a la dirección de la reflectividad de fuga reflejada beam.It es bien sabido que los dipolos no emiten radiación exactamente en la dirección de su oscilación.Sin embargo, esa imagen no proporciona una explicación real; por ejemplo, no está claro por qué la dirección de polarización eléctrica en el segundo medio debe ser relevante, aunque el haz reflejado se propagaría en el primer medio.
Explotación técnica del ángulo de Brewster
Los elementos ópticos en resonadores láser u otras configuraciones ópticas a menudo están orientados de tal manera que un rayo láser que se propaga a través de ellos está en el ángulo de Brewster.De esta manera, se evitan las pérdidas de reflexión para la luz polarizada p sin necesidad de recubrimientos antirreflejos.La ventaja no es solo que tales recubrimientos no son necesarios, sino también que las reflectividades efectivas alcanzadas de manera realista son típicamente más bajas con esa técnica.Sin embargo, pueden resultar varias desventajas de ese enfoque, por ejemplo, astigmatismo de vigas enfocadas, que puede requerir componentes adicionales o detalles de diseño para evitar efectos perjudiciales.
Ejemplos de elementos ópticos que se utilizan a menudo en ángulo de Brewster son cristales láser, sintonizadores birrefringentes, pares de prisma para ajuste de longitud de onda o compensación de dispersión y ventanas Brewster en gas lasers.In en el caso de los prismas, esta técnica puede funcionar, por supuesto, en la cara de entrada y salida solo si el ángulo entre las dos superficies se elige correctamente.Por ejemplo, para un prisma hecho de sílice fundida (SiO2) y la longitud de onda de 1064 nm, donde el índice de refracción es de 1,486, el ángulo ideal entre las superficies del prisma sería de 67,9°.Cuando se utiliza un ángulo de 65° en su lugar, las pérdidas de reflexión para una trayectoria simétrica a través del cristal son &aproximadamente;0,7% en total.Para 60°, esa pérdida ya aumentaría al 3,8%.Para un vidrio como SF10, que tiene un índice de refracción más alto de &aproximadamente;1,7 a 1064 nm, el ángulo de prisma ideal sería de 60,8°, y al elegir el valor común de 60°, las pérdidas de reflexión siguen siendo bastante pequeñas (0,2% total).
En principio, se puede obtener una atenuación fuerte y ajustable de un rayo láser polarizado reflejándolo, por ejemplo, en una superficie de vidrio con un ángulo de incidencia cercano al ángulo de Brewster.El problema de esa técnica, sin embargo, es que la reflectividad de la luz polarizada en s es entonces mucho mayor; incluso si el haz entrante está bastante bien polarizado, un pequeño componente polarizado en s podría desempeñar un papel dominante en la luz reflejada beam.As explicado en el artículo sobre pérdida de despolarización, algunos componentes polarizados en s pueden generarse fácilmente bajo ciertas circunstancias.
Los reflejos ópticos perturbadores de las superficies de agua se pueden atenuar sustancialmente con gafas polarizantes, transmitiendo solo luz polarizada verticalmente.Aunque el ángulo de incidencia de la luz solar a menudo puede desviarse sustancialmente del ángulo de Brewster, la reflectividad para la luz polarizada p es generalmente mucho menor que para la luz polarizada s.
Preguntas y comentarios de Usuarios
¿Por qué no hay un ángulo de polarización en s de Brewster?
Respuesta del autor:
Solo para polarización p, podemos tener la situación de que para un ángulo de incidencia adecuado, la dirección del campo E en el medio es perpendicular a la dirección a la que iría la luz reflejada.Bajo esas condiciones, ninguna luz puede ir allí.Para la polarización s, eso no podría suceder.
¿La luz bloqueada por las gafas de sol con luz polarizada en s se refleja en el ángulo de Brewster?
¿Qué debo hacer si quiero hacer un haz de luz polarizada?¿Puedo insertar una placa de Brewster y ajustar el ángulo al ángulo de Brewster?¿La luz transmitida detectada de la placa de Brewster está polarizada en esta condición?
Respuesta del autor:
Las gafas de sol funcionan en función de la absorción y reflexión dependientes de la longitud de onda, no en función de la polarización.
Aunque la transmisividad de una placa Brewster depende de la polarización, no está completamente polarizada, ya que ambas polarizaciones se transmiten en cierta medida.Solo la luz reflejada en el ángulo de Brewster está polarizada.
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Ver también: Placas Brewster, ventanas Brewster, ventanas ópticas, revestimientos antirreflectantes
y otros artículos de la categoría óptica general
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