Brewster’s angle

光が屈折率の異なる2つの媒質間の境界に遭遇したとき、そのうちのいくつかは通常上の図に示すように反射されます。 反射される割合は、フレネル方程式によって記述され、入射光の偏光および入射角に依存する。

フレネル方程式は、入射角が

θ B=arctan(n2n1),{\displaystyle\theta_{\mathrm{B}}=\arctan\!}である場合、p偏光(入射光線と同じ平面で偏光し、入射点での表面法線)を持つ光は反射されないと予測している。frac n_{2}=\frac{n_{1}}{\frac{n_{2}}{\frac{n_{1}}}{\frac{n_{2}}}}right,}

\theta_{{\mathrm{B}}}=\arctan\!frac n_{2}=\frac{n_{1}}{\frac{n_{2}}{\frac{n_{1}}}{\frac{n_{2}}}}right,

ここで、n1は、光が伝搬する初期媒体(「入射媒体」)の屈折率であり、n2は、他の媒体の屈折率である。n1は、光が伝搬する初期媒体(「入射媒体」)の屈折率であり、n2は、 この方程式はブリュースターの法則として知られており、それによって定義される角度はブリュースターの角度です。

このための物理的メカニズムは、媒体中の電気双極子がp偏光に応答する方法から定性的に理解することができる。 表面に入射した光が吸収され、その後、二つの媒体間の界面で電気双極子を振動させることによって再放射されることを想像することができる。 自由に伝播する光の偏光は、常に光が進行する方向に垂直である。 透過した(屈折した)光を生成する双極子は、その光の偏光方向に振動する。 これらの同じ振動の双極子はまた反射光を発生させます。 しかし、双極子は双極子モーメントの方向にエネルギーを放射しません。 屈折した光がp偏光であり、光が鏡面反射されると予測される方向に正確に垂直に伝搬する場合、双極子は鏡面反射方向に沿ってポイントし、したがって光を反射することはできない。 (上の図を参照)

単純な幾何学では、この条件は

≤1+≤2=90≤,{\displaystyle\theta_{1}+\theta_{2}=90^{\circ}}と表すことができる。},}

\シータ_{1}+シータ_{2}=90^{\circ},

ここで、θ1は反射角(または入射角)であり、θ2は屈折角である。

を使用し、スネルの法則

n1sin⁡θ1=n2sin⁡θ2,{\displaystyle n_{1}\sin\theta_{1}=n_{2}\sin\theta_{2},}

n_{1}\sin\theta_{1}=n_{2}\sin\theta_{2},

一数の変化を計測することにより、入射角θ1=θBではないで光を反射する:

n1sin⁡θ B=n2sin⁡(90∘−θ B)=n2cos⁡θ B. {\displaystyle n_{1}\sin\theta_{\mathrm{B}}=n_{2}\sin(90^{\circ}-\theta_{\mathrm{B}})=n_{2}\cos\theta_{\mathrm{B}}。 9n_{1}\sin\theta_{{\mathrm{B}}}=n_{2}\sin(90^{\circ}-\theta_{{\mathrm{B}}})=n_{2}\cos\theta_{{\mathrm{B}}}.ですが、\n_{1}\sin(90^{\circ}-\theta_{{\mathrm{B}}}.はsin n_{1}\sin(90^{\circ}-\theta_{{\mathrm{B}}}.はsin n_{1}\sin(90^{\circ}-\theta_{{\mathrm{B}}}.

λ bを解くと

λ B=arctan(n2n1)が得られます。 {\displaystyle\theta_{\mathrm{B}}=\arctan\!frac n_{2}=\frac{n_{1}}{\frac{n_{2}}{\frac{n_{1}}}{\frac{n_{2}}}}right.}

\シータ_{\mathrm{B}}=\アークタンジェント\!frac n_{2}=\frac{n_{1}}{\frac{n_{2}}{\frac{n_{1}}}{\frac{n_{2}}}}right.

空気中のガラス媒体(n2≤1.5)(n1≤1)では、可視光に対するブリュースターの角度は約56°であり、空気-水界面(n2≤1.33)では約53°である。 与えられた媒質の屈折率は光の波長に応じて変化するので、ブリュースターの角度も波長によって変化する。

特定の角度での表面からの反射によって光が偏光する現象は、1808年にÉtienne-Louis Malusによって初めて観察されました。 彼は偏光角度を材料の屈折率に関連させようとしましたが、当時入手可能なガラスの品質が一貫していないことに不満を抱いていました。 1815年、ブリュースターはより高品質の材料を実験し、この角度が屈折率の関数であることを示し、ブリュースターの法則を定義した。

ブリュースターの角度は、この角度で表面から反射する光が入射面に垂直に完全に偏光される(”s偏光”)ため、しばしば”偏光角度”と呼ばれます。 従って光ビームのBrewsterの角度に置かれる版のガラス板か積み重ねは偏光子として使用することができる。 偏光角の概念をBrewsterumberの概念に拡張して,二つの線形二等方性材料間の平面界面をカバーすることができる。 Brewsterの角度での反射の場合、反射光線と屈折光線は相互に垂直です。

磁性材料の場合、ブリュースター角は、誘電率と透磁率の相対的な強さによって決定される入射波の分極のいずれかに対してのみ存在することがで これは誘電体メタサーフェイスに対する一般化されたBrewster角度の存在に影響を与える。

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