Чем замечателен угол брюстера

Угол Брюстера

Закон Брюстера — закон оптики, выражающий связь показателя преломления с таким углом, при котором свет, отражённый от границы раздела, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, а преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, причем поляризация преломленного луча достигает наибольшего значения. Легко установить, что в этом случае отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Соответствующий угол называется углом Брюстера.

Это явление оптики названо по имени шотландского физика Дэвида Брюстера, открывшего его в 1815 году.

Закон Брюстера: , где n₁₂ — показатель преломления второй среды относительно первой, θ_Br — угол падения (угол Брюстера).

При отражении от одной пластинки под углом Брюстера интенсивность линейно поляризованного света очень мала (около 4% от интенсивности падающего луча). Поэтому для того, чтобы увеличить интенсивность отраженного света (или поляризовать свет, прошедший в стекло, в плоскости, параллельной плоскости падения) применяют несколько скрепленных пластинок, сложенных в стопу – стопу Столетова. Легко проследить по чертежу происходящее. Пусть на верхнюю часть стопы падает луч света. От первой пластины будет отражаться полностью поляризованный луч (около 4% первоначальной интенсивности), от второй пластины также отразится полностью поляризованный луч (около 3,75% первоначальной интенсивности) и так далее. При этом луч, выходящий из стопы снизу, будет все больше поляризоваться в плоскости, параллельной плоскости падения, по мере добавления пластин.

Полное преломление

Понятие полного преломления имеет важное значение для радиосвязи: большинство штыревых антенн излучает именно вертикально поляризованные волны. Таким образом, если волна падает на поверхность раздела (землю, воду или ионосферу) под углом Брюстера, отраженной волны не будет, соответсвенно канал будет отсутствовать.

Источник

Чем замечателен угол брюстера

30.1.(а).Освещая тонкую пленку из прозрачного материала монохроматическим светом, падающим нормально к поверхности пленки, на ней наблюдают параллельные чередующиеся равноудаленные темные и светлые полосы. Что можно сказать о толщине пленки?

30.1.(б).Что такое угловая и линейная дисперсии дифракционной решетки?

Угловая дисперсия дифракционной решетки:

,

• Линейная дисперсия дифракционной решетки:

Из рисунка видно, что при небольших имеем

фокусное расстояние линзы,

собирающей дифрагирующие лучи на экране. Следовательно,

линейная дисперсия может быть выражена через угловую

дисперсию D :

Для дифракционной решетки (при небольших):

30.1.(в).Что такое угол Брюстера? Чем он замечателен?

Угол, при котором происходит полная поляризация при отражении, называется углом Брюстера :

30.1 (г) Можно ли определить длину волны рентгеновского излучения и постоянную кристаллической решетки исследуемого вещества, измерив углы скольжения, при которых наблюдаются рентгеновские дифракционные пики трех смежных порядков ? Ответ обоснуйте.

Направления максимумов лежат на линиях пересечения трех косинусов, оси которых параллельны координатным осям и заданы условия:

Углы зависимы: в прямоугольной системе координат.

Разность фаз: Разность хода: . Направления получения дифракционных максимумов.

Источник

Угол Брюстера

Что такое угол Брюстера и формула расчета

Закон Брюстера: тангенс угла полной поляризации, известного теперь, как угол Брюстера, равен показателю преломления вещества.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Явление Брюстера вызвано поперечностью электромагнитной волны. Под влиянием падающей волны электроны вещества совершают колебания и излучают вторичные волны, которые накладываются на первоначальные колебания. На длине смещения происходит полная замена падающей волны волной, которую излучают электроны при своих колебаниях.

Чему равен угол Брюстера для стекла, погруженного в воду

Коэффициент преломления света в веществе равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в этом веществе. Для воды значение этого показателя равно 1,33, для стекла — 1,52. Следовательно, преобразовав формулу закона Брюстера в формулу для расчета угла, получим:

Отражение под углом Брюстера

Отраженный под углом Брюстера луч полностью поляризован и всегда расположен под углом 90 градусов к преломленному лучу. Каждая точка поверхности, куда попадает волна, становится вторичным источником лучей — она провоцирует совместные осцилляции дипольных моментов молекул диэлектрика.

Новые волны, попадая в свободное пространство, при движении вперед создают отраженную и преломленную волну.

Под другим углом граница раздела сред не может отразить 100 процентов света, часть его входит в состав преломленного луча, так что полная поляризация недостижима. Интенсивность отраженного поляризованного луча при использовании одной пластинки крайне мала — например, для границы воздуха и стекла она составляет около 4% от первоначального луча. Можно сделать интенсивность больше — для этого используют специальное приспособление, стопу Столетова. Оно представляет собой несколько соединенных пластинок.

Угол Брюстера — полное преломление

Полное преломление — явление, возникающее при падении поперечных волн на границу раздела однородных сред и отсутствии отраженных лучей. Это явление также называют полным внутренним отражением света.

Явление полного преломления возможно только при падении на границу сред вертикально поляризованной волны под углом Брюстера. Закон преломления подразумевает, что в отраженном потоке могут оказаться лишь горизонтально поляризованные волны. Но если в падающей волне горизонтально поляризованные элементы отсутствовали, отражение тоже будет отсутствовать.

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Объяснение

Уравнения Френеля предсказывают, что свет с p- поляризацией ( электрическое поле, поляризованное в той же плоскости, что и падающий луч, и нормаль к поверхности в точке падения) не будет отражаться, если угол падения равен

С простой геометрией это условие можно выразить как

можно вычислить угол падения θ ₁ = θ _B, при котором свет не отражается:

Решение относительно θ _B дает

Явление поляризации света за счет отражения от поверхности под определенным углом было впервые обнаружено Этьеном-Луи Малюсом в 1808 году. Он попытался связать угол поляризации с показателем преломления материала, но был разочарован непостоянным качеством очков. доступный в то время. В 1815 году Брюстер экспериментировал с материалами более высокого качества и показал, что этот угол является функцией показателя преломления, определяя закон Брюстера.

Для магнитных материалов угол Брюстера может существовать только для одной из поляризаций падающей волны, что определяется относительными значениями диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости. Это имеет значение для существования обобщенных углов Брюстера для диэлектрических метаповерхностей.

Приложения

В большом диапазоне углов вокруг угла Брюстера отражение p- поляризованного света меньше, чем s- поляризованного света. Таким образом, если солнце находится низко в небе, отраженный свет сильно s- поляризован. Поляризационные солнцезащитные очки используют поляризационный материал, такой как листы Polaroid, для блокировки горизонтально поляризованного света, предпочтительно блокируя отражения от горизонтальных поверхностей, что является распространенной формой бликов. Эффект сильнее всего на гладких поверхностях, таких как вода, но также уменьшаются отражения от дороги и земли.

Фотографы используют тот же принцип для удаления отражений от воды, чтобы они могли фотографировать объекты под поверхностью. В этом случае насадку камеры с поляризационным фильтром можно повернуть под нужным углом (см. Рисунок).

Угловые призмы Брюстера используются в лазерной физике. Поляризованный лазерный свет входит в призму под углом Брюстера без каких-либо потерь на отражение.

В науке о поверхности угловые микроскопы Брюстера используются для визуализации слоев частиц или молекул на границах раздела воздух-жидкость. При использовании лазера, направленного под углом Брюстера к границе раздела, чистая жидкость выглядит черной на изображении, тогда как слои молекул дают отражение, которое можно обнаружить и представить с помощью камеры.

Окна Брюстера

В газовых лазерах обычно используется окно, наклоненное под углом Брюстера, чтобы луч выходил из лазерной трубки. Поскольку окно отражает часть s- поляризованного света, но не отражает p- поляризованный свет, потери при прохождении туда и обратно для s- поляризации выше, чем для p- поляризации. Это вызывает p- поляризацию выходного сигнала лазера из-за конкуренции между двумя модами.

Угол псевдо-Брюстера

Источник

УГОЛ БРЮСТЕРА

Отражение света от границы раздела двух диэлектриков, как известно, описывается формулами Френеля

R_|| = , (2)

то R_|| = 0, т. е. свет, поляризованный в плоскости падения, не отражается. Для света, поляризованного перпендикулярно плоскости падения, отражение имеет место при любом угле падения. При условии (3) закон Снеллиуса n₁×sin i = n₂×sin t запишется в виде

(4)

откуда сразу следует закон Брюстера

Формула (5) определяет угол Брюстера i_Бр, т. е. такой угол падения, при котором свет, поляризованный в плоскости падения, не отражается вовсе.

Качественно объяснить физическую природу рассмотренного эффекта можно, если считать, что отраженный и преломленный световые пучки образуются в результате переизлучения света молекулами диэлектрика, от поверхности которого происходит отражение. Действительно, если падающий свет поляризован в плоскости падения, то он возбуждает колебания молекул в направлении, перпендикулярном направлению распространения преломленной волны (рис. 8.56). Именно эти колебания и должны сформировать отраженную волну. Но при падении под углом Брюстера отраженная и преломленная волны образуют прямой угол, а, как известно, колеблющийся электрический диполь не излучает в направлении своей оси. Поэтому в этом случае нет отраженной волны. Если же свет поляризован перпендикулярно плоскости падения, то, несмотря на условие (3), колебания молекул диэлектрика формируют отраженную волну, так как диаграмма направленности излучения электрического диполя в этом направлении максимальна.

Рис. 8.56. Брюстеровское отражение (схема)

Рис. 8.57. Стопа брюстеровских пластинок (стопа Столетова)

При отражении от границы раздела воздух-диэлектрик можно считать n₁ = 1. Рассчитанные по формуле (5) значения i_Бр для разных диэлектриков приведены в таблице.

Рассказывая об угле Брюстера, нельзя не остановиться на его применении в поляризационной технике. Брюстеровское отражение является самым простым и дешевым способом получения полностью линейно поляризованного света. В определенных диапазонах длин волн этот способ вообще является единственным. Однако использование отраженного луча в таких поляризаторах не всегда удобно, так как обычно нужно не только получить свет с высокой степенью поляризации, но и иметь возможность изменять азимут поляризации в процессе того или иного эксперимента. А так как направление поляризации отраженного луча определяется плоскостью отражающей поверхности, то, чтобы изменить это направление, надо поворачивать саму плоскость. При этом направление распространения отраженного луча в пространстве изменяется, сбивая настройку экспериментальной установки.

Гораздо удобнее использовать не отраженный, а преломленный луч. После многократного преломления на последовательно расположенных поверхностях раздела диэлектриков, прошедший эту систему луч становится линейно поляризованным в плоскости падения, и при большом числе поверхностей степень поляризации приближается к 100%. Такие устройства (иногда называемые стопами А. Г. Столетова) делаются таким образом, чтобы смещение луча при прохождении половины пластинок компенсировалось обратным смещением этого луча при прохождении остальных пластинок. Тогда стопу можно поворачивать вокруг оси, изменяя азимут поляризации прошедшего луча, а направление распространения этого луча при этом будет оставаться неизменным.

Действующая модель стопы Столетова показана на рис. 8.58. Эта стопа, состоящая из 16 брюстеровских пластинок, является очень хорошим поляризатором для прошедшего света. В этом легко убедиться, если направить на стопу луч поляризованного света (например, от гелий-неонового лазера) и, поворачивая стопу, наблюдать периодическое гашение светового пятна на экране или на стенке.

Рис. 7-58. Стопа Столетова.

Для демонстрации особенностей отражения под углом Брюстера лучше всего попытаться воспроизвести то, что наблюдал Малюс и о чем говорилось в начале этого параграфа. На темном (лучше черном) фоне размещаем кусок стекла, на который кладем какой-либо предмет так, чтобы хорошо был виден и сам предмет, и его изображение в стекле (рис. 8.59а). Затем берем пленочный поляроид и смотрим через него на предмет под углом

30 0 к поверхности стекла. Вращая поляроид, убеждаемся, что при каком-то положении поляроида отражение предмета в стекле практически полностью исчезает (рис. 8.59б). Если же смотреть под большим или под меньшим углами, то отражение остается при вращении поляроида.

а	б

Рис. 8.59. Исчезновение отражения часов при наблюдении через поляроид.

То же самое можно проделать с отражением предмета в воде. В этом случае отражение предмета не двоится, как при отражении в тонком стекле.

В небольших аудиториях с этим экспериментом студенты могут познакомиться индивидуально. В больших аудиториях следует воспользоваться видеокамерой.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник