Interested Article - Закон Брюстера

Иллюстрация поляризации отражённого света, падающего на границу раздела сред под углом Брюстера

Зако́н Брю́стера — закон оптики , выражающий связь показателей преломления двух диэлектриков с таким углом падения света, при котором свет, отражённый от границы раздела диэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. При этом преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения , и его поляризация достигает наибольшего значения (но не 100 %, поскольку от границы отразится лишь часть света, поляризованного перпендикулярно к плоскости падения, а оставшаяся часть войдёт в состав преломлённого луча). Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера . При падении под углом Брюстера отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.

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

Поляризующий эффект можно понять, если иметь в виду следующее:

Колебания электрического поля в электромагнитной волне всегда происходят перпендикулярно направлению движения.
Взаимодействие с диэлектриком происходит в два этапа. Вначале падающая волна генерирует коллективные колебания дипольных моментов молекул диэлектрика, затем эти осцилляции в свою очередь генерируют отражённую и преломлённую волну.

Итак, отражённая волна генерируется колебаниями дипольных моментов молекул среды. Когда угол между отражённой и преломлённой волной составляет 90 градусов, колебания электрического поля отражённой волны в плоскости падения могли бы генерироваться только колебаниями дипольных моментов вдоль преломлённого луча. Индуцировать такие колебания могла бы только продольная компонента колебаний электрического поля преломлённого луча. Но поскольку в преломленном пучке её нет, то и в отражённом не может быть.

Закон Брюстера записывается в виде:

\operatorname {tg} {{\theta }_{Br}}={{n}_{21}},

\operatorname{tg} {{\theta }_{Br}} ={{n}_{21}},

где $n_{21}=n_{2}/n_{1}$ $n_{21} = n_2/n_1$ — показатель преломления второй среды относительно первой, а ${{\theta }_{Br}}$ ${{\theta }_{Br}}$ — угол падения (угол Брюстера).

При падении света на одну пластинку под углом Брюстера интенсивность отражённого линейно поляризованного света очень мала (для границы воздух-стекло — около 4 % от интенсивности падающего луча). Поэтому для того, чтобы увеличить интенсивность отражённого света (или поляризовать свет, прошедший в стекло, в плоскости, параллельной плоскости падения) применяют несколько скреплённых 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. Воздействие стопы Столетова на свет наглядно показано в одном из кинофильмов о поляризации света .

Две фотографии , сделанные фотоаппаратом без поляризующего фильтра и с ним. На правой фотографии он повёрнут таким образом, что отражённый свет почти полностью отфильтровывается и блики исчезают.

Закон Брюстера можно вывести из формул Френеля , описывающих зависимость амплитуды, фазы и поляризации отражённой и преломлённой световых волн от соответствующих характеристик волны, падающей на границу раздела диэлектриков.

Полное преломление

По́лное преломле́ние — эффект, проявляющийся при падении поперечных плоскополяризованных волн на границу раздела разнородных сред, и заключающийся в отсутствии отражённой волны . Эффект возможно наблюдать только в случае падения потока вертикально поляризованной волны (направление вектора напряжённости электромагнитного поля — в плоскости падения) на границу раздела сред под углом Брюстера. При этом, согласно закону преломления, в отражённом потоке будут содержаться только горизонтально поляризованные составляющие, а так как падающий поток не содержал горизонтально поляризованных волн, то отражённый поток будет отсутствовать. Таким образом, вся энергия падающего потока будет в преломлённых волнах.

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

Примечания

от 8 мая 2012 на Wayback Machine — статья в Физической энциклопедии.
(неопр.) (Кинолента (оцифрованный видеоролик)). Студия Леннаучфильм (1981). Дата обращения: 13 сентября 2019. 10 марта 2020 года.