när ljuset träffar en plan gräns mellan två olika transparenta medier reflekteras i allmänhet åtminstone en del av dess optiska effekt.Men för en viss infallsvinkel, som kallas Brewsters vinkel (efter Sir David Brewster) eller ibland polariserande vinkel, uppstår inte reflektionen förutsatt att ljuset är p-polariserat.Det senare tillståndet innebär att polarisationsriktningen (dvs riktningen i vilken den elektriska fältvektorn oscillerar) ligger inom infallsplanet.För S-polariserat ljus är reflektiviteten ännu högre än för ljus med normal förekomst på gränsen.
storleken på Brewsters vinkel beror på brytningsindex för det involverade optiska mediet och kan beräknas med Brewsters lag:
här är n1 och n2 brytningsindex för mediet för den inkommande strålen respektive det andra mediet.Man kan visa att summan av vinklarna i båda medierna (i förhållande till riktningen för normal incidens) är 90 kcal.
som ett numeriskt exempel kan man betrakta ljus som kommer från luft (n1 &ca; 1) till ett glas med n2 = 1,5.För den situationen kan man beräkna att Brewsters vinkel är & ca; 56,3 kcal.Figur 2 visar Brewsters vinkel som en funktion av förhållandet mellan brytningsindex – eller brytningsindex för det andra mediet, om det första mediet har n1 = 1.
för gränssnitt mellan media med liknande brytningsindex är Brewsters vinkel nära 45 kcal.Reflektioner är ändå svaga i sådana fall.
för opolariserat infallande ljus vid Brewsters vinkel är det reflekterade ljuset helt s-polariserat, eftersom det inte finns någon reflektion för p-polariserat ljus.Termen ”polariserande vinkel” kommer från det faktum.
generellt kan reflektioner vid sådana ytor beräknas med Fresnel-ekvationer.Med det kan man till exempel beräkna den effektiva reflektiviteten för en laserstråle med ändlig divergens som ett vägt medelvärde av reflektivitet för olika vinkelkomponenter.I allmänhet är sådana effektiva reflektioner ganska små, eftersom de flesta laserstrålar har en liten divergens.
för en kvalitativ förståelse av den försvinnande reflektiviteten kan man överväga den oscillerande elektriska polarisationen i det andra mediet, vilket är vinkelrätt mot riktningen för den försvinnande reflekterade beam.It är välkänt att dipoler inte avger strålning exakt i riktning mot deras svängning.Den bilden ger emellertid inte en verklig förklaring; Det är till exempel inte klart varför riktningen för elektrisk polarisation i det andra mediet bör vara relevant, även om den reflekterade strålen skulle sprida sig i det första mediet.
Tekniskt utnyttjande av Brewsters vinkel
optiska element i laserresonatorer eller andra optiska inställningar är ofta orienterade så att en laserstråle som sprider sig genom dem ligger i Brewsters vinkel.På så sätt undviks reflektionsförluster för p-polariserat ljus utan att kräva några antireflexbeläggningar.Fördelen är inte bara att sådana beläggningar inte krävs, utan också att de realistiskt uppnådda effektiva reflektiviteterna vanligtvis är lägre med den tekniken.Emellertid kan olika nackdelar härröra från detta tillvägagångssätt – till exempel astigmatism av fokuserade strålar, vilket kan kräva ytterligare komponenter eller designdetaljer för att undvika skadliga effekter.
exempel på optiska element som ofta används vid Brewsters vinkel är laserkristaller, dubbelbrytande tuners, prispar för våglängdsjustering eller dispersionskompensation och Brewster-fönster i gas lasers.In vid prismor kan denna teknik naturligtvis fungera vid ingångs-och utgångsytan endast om vinkeln mellan de två ytorna är korrekt vald.Till exempel, för ett prisma gjord av smält kiseldioxid (SiO2) och våglängden på 1064 nm, där brytningsindexet är 1.486, skulle den ideala vinkeln mellan prismytorna vara 67,9 kcal.När en vinkel på 65 kg används istället är reflektionsförlusterna för en symmetrisk bana genom kristallen & ca; 0,7% totalt.För 60 hektar skulle denna förlust redan öka till 3,8 procent.För ett glas som SF10, som har ett högre brytningsindex på & ca;1,7 vid 1064 nm, skulle den ideala prismvinkeln vara 60,8 kg, och när man väljer det gemensamma värdet på 60 kg, är reflektionsförlusterna fortfarande ganska små (0,2% totalt).
i princip kan man få en stark och justerbar dämpning av en polariserad laserstråle genom att reflektera den t.ex. på en glasyta med en infallsvinkel nära Brewsters vinkel.Problemet med den tekniken är emellertid att reflektiviteten för s-polariserat ljus då är mycket högre; även om den inkommande strålen är ganska väl polariserad kan en liten s-polariserad komponent av den spela en dominerande roll i det reflekterade beam.As förklaras i artikeln om depolariseringsförlust kan vissa s-polariserade komponenter lätt genereras under vissa omständigheter.
störande optiska reflektioner från vattenytor kan dämpas väsentligt med polariserande glasögon och sänder endast vertikalt polariserat ljus.Även om infallsvinkeln för solljus ofta kan avvika väsentligt från Brewsters vinkel, är reflektiviteten för p-polariserad i allmänhet mycket lägre än för s-polariserat ljus.
frågor och kommentarer från användare
Varför finns det ingen Brewsters vinkel för S-polarisering?
svar från författaren:
endast för p-polarisering kan vi ha situationen att för en lämplig infallsvinkel är e-fältriktningen i mediet vinkelrätt mot den riktning i vilken det reflekterade ljuset skulle gå.Under dessa förhållanden kan inget ljus gå dit.För S polarisering kunde det inte hända.
är ljuset blockerat av solglasögon s-polariserat ljus reflekterat i Brewsters vinkel?
Vad ska jag göra om jag vill göra en ljusstråle polariserad?Kan jag sätta in en Brewster-platta och justera vinkeln till Brewsters vinkel?Är det överförda ljuset detekterat från Brewster-plattan polariserat i detta tillstånd?
svar från författaren:
Solglasögon fungerar baserat på våglängdsberoende absorption och reflektion, inte baserat på polarisering.
även om transmissiviteten hos en Brewsterplatta är polarisationsberoende, är den inte helt polariserad, eftersom båda polarisationerna överförs till viss del.Endast det reflekterade ljuset i Brewsters vinkel är polariserat.
här kan du skicka frågor och kommentarer. Såvitt de accepteras av författaren kommer de att visas ovanför detta stycke tillsammans med författarens svar. Författaren kommer att besluta om godkännande baserat på vissa kriterier. I huvudsak måste frågan vara av tillräckligt brett intresse.
ange inte personuppgifter här; vi skulle annars radera det snart. (Se även vår integritetspolicy.) Om du vill få personlig feedback eller rådgivning från författaren, vänligen kontakta honom t.ex. via e-post.
genom att skicka in informationen ger du ditt samtycke till eventuell publicering av dina inmatningar på vår webbplats enligt våra regler. (Om du senare drar tillbaka ditt samtycke kommer vi att radera dessa ingångar.) Eftersom dina inmatningar först granskas av författaren kan de publiceras med viss fördröjning.
Se även: Brewster plattor, Brewster fönster, optiska fönster, antireflexbeläggningar
och andra artiklar i kategorin Allmänna optik
 |
om du gillar den här sidan, vänligen dela länken med dina vänner och kollegor, t. ex. via sociala medier: dessa delningsknappar implementeras på ett integritetsvänligt sätt! |
