Warum wird Licht polarisiert, wenn es reflektiert und gebrochen wird?

Warum wird Licht polarisiert, wenn es reflektiert und gebrochen wird?
Anonim

Eine schnelle Antwort:

Licht ist eine Transversalwelle, dh das elektrische Feld (wie auch das Magnetfeld) steht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts (zumindest in isotropen Medien - aber lassen Sie uns die Dinge hier einfach halten).

Wenn Licht also schräg auf die Grenze zweier Medien fällt, kann man sich das elektrische Feld als zwei Komponenten vorstellen - eine in der Einfallsebene und eine senkrecht dazu. Bei unpolarisiertem Licht schwankt die Richtung des elektrischen Feldes zufällig (wobei es senkrecht zur Ausbreitungsrichtung bleibt), und daher sind die beiden Komponenten in der Größe gleich groß.

Wie viel von jeder Komponente übertragen und reflektiert wird, kann anhand der Gesetze des Elektromagnetismus ermittelt werden. Ohne hier auf die mathematischen Details einzugehen, möchte ich ein Ergebnis nennen - das # p # Polarisation (die Komponente des elektrischen Feldes in der Einfallsebene) wird nicht reflektiert überhaupt wenn der Einfallswinkel # theta # erfüllt

#theta = theta_B = tan ^ -1 (n_2 / n_1) #

woher # n_1 # und # n_2 # sind die zwei Brechungsindizes. Dieser Winkel wird als bezeichnet Brewster-Winkel. Für Licht, das von Luft zu Wasser wandert, hat dies einen Wert von etwa # 53 ^ circ #

Der andere, so genannt # s # Komponente, die senkrecht zur Einfallsebene, wird sowohl für alle Einfallswinkel durchgelassen als auch reflektiert (obwohl sich der Anteil mit ändert # theta #).

Wenn also Licht im Brewster-Winkel einfällt, hat der reflektierte Strahl keine Komponente in der Polarisationsebene. Es ist völlig # s # polarisiert. Deshalb wird der Brewster-Winkel auch als bezeichnet Polarisationswinkel.

Für Einfallswinkel nahe dem Brewster-Winkel hat der reflektierte Strahl viel mehr # s # Polarisation als # p # Polarisation - und so ist es teilweise polarisiert.

Der Sendestrahl hat beide Komponenten und ist daher niemals vollständig polarisiert. Im Brewster-Winkel jedoch alle # p # Komponente übertragen wird (keine Reflexion) und nur ein Teil der # s # Komponente wird durchgelassen (der Rest wird reflektiert) - so ist das durchgelassene Licht teilweise # p # polarisiert. Dies gilt auch für Winkel in der Nähe des Brewster-Winkels.