Lorsque la lumière frappe une frontière plate entre deux milieux transparents différents, généralement au moins une partie de sa puissance optique est réfléchie.Cependant, pour un angle d’incidence particulier, appelé angle de Brewster (d’après Sir David Brewster) ou parfois angle de polarisation, cette réflexion ne se produit pas à condition que la lumière soit polarisée en p.Cette dernière condition signifie que la direction de polarisation (c’est-à-dire la direction dans laquelle le vecteur de champ électrique oscille) se situe dans le plan d’incidence.Pour la lumière polarisée en s, la réflectivité est encore plus élevée que pour la lumière à incidence normale à la limite.
L’amplitude de l’angle de Brewster dépend des indices de réfraction des milieux optiques impliqués et peut être calculée avec la loi de Brewster:
Ici, n1 et n2 sont les indices de réfraction du milieu du faisceau entrant et de l’autre milieu, respectivement.On peut montrer que la somme des angles dans les deux milieux (par rapport à la direction d’incidence normale) est de 90°.
À titre d’exemple numérique, on peut considérer la lumière provenant de l’air (n1 & environ; 1) comme un verre avec n2 = 1,5.Pour cette situation, on peut calculer que l’angle de Brewster est & environ; 56,3°.La figure 2 montre l’angle de Brewster en fonction du rapport des indices de réfraction – ou de l’indice de réfraction du second milieu, si le premier milieu a n1 = 1.
Pour les interfaces entre des milieux ayant des indices de réfraction similaires, l’angle de Brewster est proche de 45°.Les réflexions sont de toute façon faibles dans de tels cas.
Pour la lumière incidente non polarisée à l’angle de Brewster, la lumière réfléchie est entièrement polarisée en s, car il n’y a pas de réflexion pour la lumière polarisée en p.Le terme « angle de polarisation » vient de ce fait.
Généralement, les réflectivités sur de telles surfaces peuvent être calculées à l’aide d’équations de Fresnel.Avec cela, on peut par example calculer la réflectivité effective pour un faisceau laser à divergence finie comme une moyenne pondérée des réflectivités pour différentes composantes angulaires.Généralement, de telles réflectivités efficaces sont plutôt faibles, car la plupart des faisceaux laser ont une petite divergence.
Pour une compréhension qualitative de la réflectivité de disparition, on peut considérer la polarisation électrique oscillante dans le second milieu, qui est perpendiculaire à la direction de la réflexion de disparition beam.It il est bien connu que les dipôles n’émettent pas de rayonnement exactement dans le sens de leur oscillation.Cependant, cette image ne fournit pas une explication réelle; par exemple, on ne sait pas pourquoi la direction de polarisation électrique dans le second milieu devrait être pertinente, bien que le faisceau réfléchi se propagerait dans le premier milieu.
Exploitation technique de l’angle de Brewster
Les éléments optiques des résonateurs laser ou d’autres configurations optiques sont souvent orientés de telle sorte qu’un faisceau laser se propageant à travers eux soit à l’angle de Brewster.De cette façon, les pertes de réflexion sont évitées pour la lumière polarisée p sans nécessiter de revêtements antireflet.L’avantage est non seulement que de tels revêtements ne sont pas nécessaires, mais aussi que les réflectivités efficaces réalisées de manière réaliste sont généralement plus faibles avec cette technique.Cependant, divers inconvénients peuvent résulter de cette approche – par exemple, l’astigmatisme des faisceaux focalisés, qui peut nécessiter des composants supplémentaires ou des détails de conception afin d’éviter des effets néfastes.
Des exemples d’éléments optiques souvent utilisés à l’angle de Brewster sont les cristaux laser, les accordeurs biréfringents, les paires de prismes pour l’accord de longueur d’onde ou la compensation de dispersion, et les fenêtres de Brewster dans le gaz lasers.In dans le cas des prismes, cette technique ne peut bien entendu fonctionner au niveau des faces d’entrée et de sortie que si l’angle entre les deux surfaces est correctement choisi.Par example, pour un prisme en silice fondue (SIO 2) et de longueur d’onde de 1064 nm, où l’indice de réfraction est de 1,486, l’angle idéal entre les surfaces du prisme serait de 67,9°.Lorsqu’un angle de 65° est utilisé à la place, les pertes de réflexion pour un trajet symétrique à travers le cristal sont & environ; 0,7% au total.Pour 60°, cette perte atteindrait déjà 3,8%.Pour un verre comme le SF10, ayant un indice de réfraction plus élevé de & environ; 1,7 à 1064 nm, l’angle de prisme idéal serait à 60,8 °, et lors du choix de la valeur commune de 60 °, les pertes de réflexion sont encore assez faibles (0,2% au total).
En principe, on peut obtenir une atténuation forte et réglable d’un faisceau laser polarisé en le réfléchissant par example sur une surface vitrée avec un angle d’incidence proche de l’angle de Brewster.Le problème de cette technique, cependant, est que la réflectivité de la lumière polarisée en s est alors beaucoup plus élevée; même si le faisceau entrant est assez bien polarisé, une petite composante polarisée en s pourrait jouer un rôle dominant dans la réflexion beam.As expliqué dans l’article sur la perte de dépolarisation, certains composants polarisés en s peuvent facilement être générés dans certaines circonstances.
Les réflexions optiques perturbatrices des surfaces de l’eau peuvent être considérablement atténuées avec des verres polarisants, ne transmettant que de la lumière polarisée verticalement.Bien que l’angle d’incidence de la lumière solaire puisse souvent s’écarter sensiblement de l’angle de Brewster, la réflectivité pour la lumière polarisée en p est généralement beaucoup plus faible que pour la lumière polarisée en s.
Questions et commentaires des utilisateurs
Pourquoi n’y a-t-il pas d’angle de Brewster pour la polarisation s?
Réponse de l’auteur:
Seulement pour la polarisation p, nous pouvons avoir la situation que pour un angle d’incidence approprié, la direction du champ E dans le milieu est perpendiculaire à la direction dans laquelle irait la lumière réfléchie.Dans ces conditions, aucune lumière ne peut y aller.Pour la polarisation s, cela ne pouvait pas arriver.
La lumière est-elle bloquée par des lunettes de soleil polarisées en s réfléchies à l’angle de Brewster?
Que dois-je faire si je veux polariser un faisceau de lumière?Puis-je insérer une plaque Brewster et ajuster l’angle à l’angle de Brewster?La lumière transmise détectée par la plaque de Brewster est-elle polarisée dans cette condition?
Réponse de l’auteur:
Les lunettes de soleil fonctionnent sur la base de l’absorption et de la réflexion dépendantes de la longueur d’onde, et non sur la base de la polarisation.
Bien que la transmissivité d’une plaque de Brewster soit dépendante de la polarisation, elle n’est pas entièrement polarisée, car les deux polarisations sont transmises dans une certaine mesure.Seule la lumière réfléchie à l’angle de Brewster est polarisée.
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Voir aussi: Plaques Brewster, fenêtres Brewster, fenêtres optiques, revêtements antireflet
et autres articles dans la catégorie optique générale
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