Der Winkel von Brewster (auch bekannt als der Polarisationswinkel) sind ein Einfallswinkel, an dem das Licht mit einer besonderen Polarisation durch eine durchsichtige dielektrische Oberfläche ohne Nachdenken vollkommen übersandt wird. Wenn unpolarisiertes Licht Ereignis in diesem Winkel ist, wird das Licht, das von der Oberfläche widerspiegelt wird, deshalb vollkommen polarisiert. Dieser spezielle Einfallswinkel wird nach dem schottischen Physiker Herr David Brewster (1781-1868) genannt.

Erklärung

Wenn Licht auf eine Grenze zwischen zwei Medien mit verschiedenen Refraktionsindizes stößt, wird etwas davon gewöhnlich, wie gezeigt, in der Zahl oben widerspiegelt. Der Bruchteil, der widerspiegelt wird, wird durch die Gleichungen von Fresnel beschrieben, und ist nach der Polarisation und Einfallswinkel des eingehenden Lichtes abhängig.

Die Gleichungen von Fresnel sagen voraus, dass das Licht mit der p Polarisation (elektrisches Feld, das in demselben Flugzeug wie der Ereignis-Strahl und die Oberfläche polarisiert ist, normal) nicht widerspiegelt wird, wenn der Einfallswinkel ist

wo n der Brechungsindex des anfänglichen Mediums ist, durch das sich das Licht (das "Ereignis-Medium") fortpflanzt, und n der Index des anderen Mediums ist. Diese Gleichung ist als das Gesetz von Brewster bekannt, und der dadurch definierte Winkel ist der Winkel von Brewster.

Der physische Mechanismus dafür kann von der Weise qualitativ verstanden werden, auf die elektrische Dipole in den Medien auf das p-polarized Licht antworten. Man kann sich vorstellen, dass das leichte Ereignis auf der Oberfläche absorbiert, und dann durch das Oszillieren von elektrischen Dipolen an der Schnittstelle zwischen den zwei Medien wiederausgestrahlt wird. Die Polarisation, frei Licht fortzupflanzen, ist immer auf der Richtung rechtwinklig, in der das Licht reist. Die Dipole, die das übersandte (gebrochene) Licht erzeugen, schwingen in der Polarisationsrichtung dieses Lichtes. Diese dieselben schwingenden Dipole erzeugen auch das widerspiegelte Licht. Jedoch strahlen Dipole keine Energie in der Richtung auf den Dipolmoment aus. Folglich, wenn die Richtung des gebrochenen Lichtes auf der Richtung rechtwinklig ist, in der das Licht vorausgesagt wird, um spiegelnd widerspiegelt zu werden, können die Dipole kein widerspiegeltes Licht schaffen.

Mit der einfachen Geometrie kann diese Bedingung als ausgedrückt werden:

wo θ der Einfallswinkel ist und θ der Winkel der Brechung ist.

Mit dem Gesetz von Snell,

man kann den Ereignis-Winkel θ = θ berechnen, an dem kein Licht widerspiegelt wird:

Das Lösen für θ gibt:

Für ein Glasmedium (n  1.5) in Luft (n  1) ist der Winkel von Brewster für das sichtbare Licht etwa 56 °, während für eine Luftwasserschnittstelle (n  1.33) es etwa 53 ° sind. Da sich der Brechungsindex für ein gegebenes Medium ändert, abhängig von der Wellenlänge des Lichtes wird sich der Winkel von Brewster auch mit der Wellenlänge ändern.

Das Phänomen des Lichtes, das durch das Nachdenken von einer Oberfläche in einem besonderen Winkel wird polarisiert, wurde zuerst von Etienne-Louis Malus 1808 beobachtet. Er hat versucht, den sich spaltenden Winkel mit dem Brechungsindex des Materials zu verbinden, aber wurde durch die inkonsequente Qualität der Brille verfügbar damals frustriert. 1815 hat Brewster mit Materialien der höheren Qualität experimentiert und hat gezeigt, dass dieser Winkel eine Funktion des Brechungsindexes war, das Gesetz von Brewster definierend.

Der Winkel von Brewster wird häufig den "sich spaltenden Winkel" genannt, weil Licht, das von einer Oberfläche in diesem Winkel nachdenkt, völlig polarisiert wird, kann die Senkrechte zum Ereignis-Flugzeug ("s-polarized") Ein Glasteller oder ein Stapel von Tellern, die im Winkel von Brewster in einem leichten Balken gelegt sind, so als ein polarizer verwendet werden. Das Konzept eines sich spaltenden Winkels kann zum Konzept eines Brewsters wavenumber erweitert werden, um planare Schnittstellen zwischen zwei geradlinigen bianisotropic Materialien zu bedecken.

Anwendungen

Polarisierte Sonnenbrille verwendet den Grundsatz des Winkels von Brewster, um grellen Schein von der Sonne zu reduzieren, die von horizontalen Oberflächen wie Wasser oder Straße nachdenkt. In einer großen Reihe von Winkeln um den Winkel von Brewster ist das Nachdenken des p-polarized Lichtes niedriger als s-polarized Licht. So, wenn die Sonne im Himmel niedrig ist, ist widerspiegeltes Licht größtenteils s-polarized. Die Polarisierung der Sonnenbrille verwenden ein sich spaltendes Material wie Film von Polaroid, um horizontal polarisiertes Licht, bevorzugt das Blockieren des Nachdenkens von horizontalen Oberflächen zu blockieren. Die Wirkung ist mit glatten Oberflächen wie Wasser am stärksten, aber das Nachdenken von der Straße und dem Boden wird auch reduziert.

Fotografen verwenden denselben Grundsatz, um Nachdenken von Wasser zu entfernen, so dass sie Gegenstände unter der Oberfläche fotografieren können. In diesem Fall kann die sich spaltende Filterkameraverhaftung rotieren gelassen werden, um im richtigen Winkel zu sein (sieh Zahl).

Fenster von Brewster

Gaslaser verwenden normalerweise ein im Winkel von Brewster gekipptes Fenster, um dem Balken zu erlauben, die Lasertube zu verlassen. Da das Fenster ein s-polarized Licht widerspiegelt, aber kein p-polarized Licht, der Gewinn für die s Polarisation wird reduziert, aber der für die p Polarisation nicht betroffen wird. Das veranlasst die Produktion des Lasers, p polarisiert zu sein und erlaubt, ohne Verlust wegen des Fensters zu faulenzen.

Referenzen

• Würden A. Lakhtakia, "Brewster heutigen Winkel von Brewster anerkennen?" OSA Optik-Nachrichten, Vol. 15, Nr. 6, Seiten 14-18 (1989).
• A. Lakhtakia, "Allgemeines Diagramm für die Bedingungen von Brewster," Optik, Vol. 90, Seiten 184-186 (1992).

Links

• Die Winkelförderung von Brewster von der Wolfram-Forschung
• Fenster von Brewster an RP-photonics.com