Угол Брюстера: поляризация света при отражении. Оптимальный угол для полной передачи света и поляризации отраженного луча. Физика, оптика, диэлектрики.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Угол падения, при котором весь отраженный свет поляризован.
Angle of incidence for which all reflected light will be polarized
Угол Брюстера (также известный как угол поляризации) — это угол падения, при котором свет с определенной поляризацией полностью проходит через прозрачную диэлектрическую поверхность, не испытывая отражения. Когда неполяризованный свет падает под этим углом, отраженный свет становится полностью поляризованным. Угол назван в честь шотландского физика сэра Дэвида Брюстера (1781–1868).
Brewster's angle (also known as the polarization angle) is an angle of incidence at which light with a particular polarization is perfectly transmitted through a transparent dielectric surface, with no reflection. When unpolarized light is incident at this angle, the light that is reflected from the surface is therefore perfectly polarized. The angle is named after the Scottish physicist Sir David Brewster (1781–1868).
Приложения
В то время как под углом Брюстера отсутствует отражение p-поляризации, при еще больших углах коэффициент отражения p-поляризации всегда меньше, чем у s-поляризации, почти вплоть до 90° угла падения, где отражающая способность каждой поляризации приближается к единице. Таким образом, отраженный свет от горизонтальных поверхностей (таких как поверхность дороги) на расстоянии, значительно превышающем высоту наблюдателя (так что угол падения зеркально отраженного света близок к углу Брюстера или обычно значительно его превышает), сильно s-поляризован. Поляризационные солнцезащитные очки используют лист поляризующего материала для блокировки горизонтально поляризованного света и, следовательно, уменьшения бликов в таких ситуациях. Они наиболее эффективны на гладких поверхностях, где преобладает зеркальное отражение (то есть отражение от света, угол падения которого равен углу отражения, определяемому углом наблюдения), но даже рассеянные отражения от дорог, например, также значительно снижаются. Фотографы также используют поляризационные фильтры для устранения отражений от воды, чтобы фотографировать объекты под поверхностью. Используя вращающееся насадочное поляризационное устройство для камеры, такой фильтр можно настроить для уменьшения отражений от объектов, отличных от горизонтальных поверхностей, как показано на прилагаемой фотографии (справа), где s-поляризация (приблизительно вертикальная) была устранена с помощью такого фильтра. При записи классической голограммы яркий опорный луч обычно направляется на пленку в p-поляризации под углом Брюстера. Таким образом, устраняя отражение опорного луча от прозрачной задней поверхности голографической пленки, избегаются нежелательные интерференционные эффекты в полученной голограмме. Входные окна или призмы с поверхностями, ориентированными под углом Брюстера, широко используются в оптике и, в частности, в лазерной физике. Поляризованный лазерный свет входит в призму под углом Брюстера без каких-либо отраженных потерь. В науке о поверхностях микроскопы под углом Брюстера используются для визуализации слоев частиц или молекул на границах раздела фаз жидкость-воздух. При освещении лазером под углом Брюстера к границе раздела и наблюдении под углом отражения однородная жидкость не отражает свет и выглядит черной на изображении. Однако любые молекулярные слои или артефакты на поверхности, имеющие показатель преломления или физическую структуру, отличную от жидкости, вызывают некоторое отражение на этом черном фоне, которое фиксируется камерой.
While at the Brewster angle there is no reflection of the p polarization, at yet greater angles the reflection coefficient of the p polarization is always less than that of the s polarization, almost up to 90° incidence where the reflectivity of each rises towards unity. Thus reflected light from horizontal surfaces (such as the surface of a road) at a distance much greater than one's height (so that the incidence angle of specularly reflected light is near, or usually well beyond the Brewster angle) is strongly s polarized. Polarized sunglasses use a sheet of polarizing material to block horizontally polarized light and thus reduce glare in such situations. These are most effective with smooth surfaces where specular reflection (thus from light whose angle of incidence is the same as the angle of reflection defined by the angle observed from) is dominant, but even diffuse reflections from roads for instance, are also significantly reduced. Photographers also use polarizing filters to remove reflections from water so that they can photograph objects beneath the surface. Using a polarizing camera attachment which can be rotated, such a filter can be adjusted to reduce reflections from objects other than horizontal surfaces, such as seen in the accompanying photograph (right) where the s polarization (approximately vertical) has been eliminated using such a filter. When recording a classical hologram, the bright reference beam is typically arranged to strike the film in the p polarization at Brewster's angle. By thus eliminating reflection of the reference beam at the transparent back surface of the holographic film, unwanted interference effects in the resulting hologram are avoided. Entrance windows or prisms with their surfaces at the Brewster angle are commonly used in optics and laser physics in particular. The polarized laser light enters the prism at Brewster's angle without any reflective losses. In surface science, Brewster angle microscopes are used to image layers of particles or molecules at air liquid interfaces. Using illumination by a laser at Brewster's angle to the interface and observation at the angle of reflection, the uniform liquid does not reflect, appearing black in the image. However any molecular layers or artifacts at the surface, whose refractive index or physical structure contrasts with the liquid, allows for some reflection against that black background which is captured by a camera.
Окна в пещеру
Газовые лазеры с внешней резонаторной полостью (отражением от одного или обоих зеркал вне активной среды) обычно герметизируют трубку, используя окна, наклоненные под углом Брюстера. Это предотвращает потери света с заданной поляризацией из-за отражения (и уменьшает усиление при проходе туда и обратно), что особенно важно для лазеров с низким усилением при проходе туда и обратно. С другой стороны, это отсекает s-поляризованный свет, увеличивая потери при проходе туда и обратно для этой поляризации и обеспечивая, чтобы лазер генерировал колебания только в одной линейной поляризации, что обычно и требуется. Многие герметичные лазерные трубки (которым даже не нужны окна) содержат стеклянную пластину, установленную внутри трубки под углом Брюстера, исключительно для обеспечения генерации только в одной поляризации.
Gas lasers using an external cavity (reflection by one or both mirrors outside the gain medium) generally seal the tube using windows tilted at Brewster's angle. This prevents light in the intended polarization from being lost through reflection (and reducing the round trip gain of the laser) which is critical in lasers having a low round trip gain. On the other hand, it does remove s polarized light, increasing the round trip loss for that polarization, and ensuring the laser only oscillates in one linear polarization, as is usually desired. And many sealed tube lasers (which do not even need windows) have a glass plate inserted within the tube at the Brewster angle, simply for the purpose of allowing lasing in only one polarization.
Угол псевдо-Брюстера
Когда отражающая поверхность поглощает, коэффициент отражения при параллельной поляризации (p) достигает ненулевого минимума при так называемом псевдоугле Брюстера.
When the reflecting surface is absorbing, reflectivity at parallel polarization (p) goes through a non zero minimum at the so called pseudo Brewster's angle.