偏振角

光学词汇

偏振角，又称布儒斯特角（Brewster’s angle）。自然光经电介质界面反射后，反射光为线偏振光。自然光在电介质界面上反射和折射时，一般情况下反射光和折射光都是部分偏振光，只有当入射角为某特定角时反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，此特定角称为偏振角，又名布儒斯特角，用θb表示。此规律称为布儒斯特定律。光以布儒斯特角入射时，反射光与折射光互相垂直。首先由英国物理学家D.布儒斯特于1815年发现。

简介

光以布儒斯特角入射时，反射光与折射光互相垂直。

玻片堆是由许多表面互相平行的玻璃片组成，自然光以布儒斯特角入射时，垂直于入射面的振动分量在每个界面上均要发生反射，而平行于入射面的振动分量则完全不能反射，故从玻片堆透出的光基本上只包含平行分量。玻片堆可用作起偏器。

自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，当自然光正入射和掠入射时，反射光和折射光仍为自然光；当自然光斜入射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。

布儒斯特定律和偏振角

布儒斯特定律

当入射角满足关系式时，反射光为振动垂直于入射面的线偏振光，该式称为布儒斯特定律（Brewster law），i0为偏振角或布儒斯特角。

当光线以起偏振角入射时，反射光和折射光的传播方向互相垂直，即：

偏振角的计算方式

偏振角等于两种介质的折光率之比的反正切。

设θ1为入射角，θ2为折射角。则。

如果反射角和折射角垂直，则：

整理，得：

其中n1和n2为该两种介质的折射率。

θb为反射角。

偏振角的光学应用

布儒斯特角起偏器

以布儒斯特角入射的自然光经过某一介质材料表面的反射和透射后就会使一部分的s偏振光被反射而透过的是p偏振光和剩余的s偏振光,所以就可以利用这一原理来获得透射为纯洁的平面偏振光，这就构成了“起偏器”。

考虑自然光在介质分界面上的反射和折射时，可以把它分解为两部分：一部分是光矢量平行与入射面的P波；另一部分是光矢量垂直于入射面的S波。由于这两个波的反射系数不用。因此，反射光和折射光一般地就成为偏振光。当入射光的入射角等于布儒斯特角时,反射光成为线偏振光。根据这一原理，可以利用玻璃片来获得线偏振光。在一般情况下，只用一片玻璃来获得强反射的线偏振光、高偏振度的折射光是困难的。在实际应用中，经常采用“片堆”来达到上述的目的。“片堆”是由一组平行的玻璃片(或是其他透明的薄片,如石英片等)叠在一起构成的。

布儒斯特角起偏器 (Brewster anglepolarizer)：现多用多层薄膜代替玻璃来做布儒斯特角起偏器。其中一种用BK7玻璃(折射率为1.51)作为基片，在其上涂上到高折射率二氧化钛(2.25)和低折射率(1.45)的二氧化硅多层膜，以 56.5° 角入射，效果很好。因其有多层高低折射率膜,故又称为薄膜偏振器，与常见的二向色微晶制成的所谓“人造”偏振片有别。

滤光设备

在许多光学设备中，都应用布儒斯特定律来制作偏振镜来做滤光设备。比如偏振墨镜使用了布儒斯特角的原理来减少从水面或者路面反射的偏振光。摄影师利用相同的原理来减少水面、玻璃或者其他非金属反射的太阳光。实验室中，我们也有玻璃堆，布儒斯特镜等常见设备，利用其获得激光及我们实验所需的屏幕偏振光，可见其应用的广泛性。

布儒斯特角窗

实验室中的光学实验常用到激光作为光源，气体激光器中使用布儒斯特窗作为激光束的输出窗片。气体激光器往往要求在输出光束的光路中不能有丝毫的损耗，而采用布儒斯特窗并在布氏角下入射可以使 rp=0但 tp=1，也就是p偏振分量照射到布儒斯特窗片上的透过率是100%而不产生损耗。

布儒斯特角窗(Brester angle window)，为了获得偏振光，在共振腔的两端安置布儒斯特角窗，使光以布儒斯特角入射到窗口。

布儒斯特条纹

布儒斯特条纹(Brewster fringe)：当光通过两平行放置的等厚玻板时，一条光线在第一板中折射后即穿出，此光线在第一板中反射后分出的光线再经又一次反射后才穿出,而后一条光线仅经折射即行穿出。故二者光程相等,无干涉条纹出现。但若两板有微小夹角，则二者光程有差别，故产生干涉条纹。

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