反射和折射时的偏振光布儒斯
布儒斯特角原理
布儒斯特角原理布儒斯特角原理（Brewster's Angle）是光学中的一个重要概念，它描述了入射光线与介质表面的夹角与反射光线的偏振状态之间的关系。
根据这一原理，当光线以一定角度入射到介质表面时，反射光线将完全偏振为垂直于入射面的偏振态。
本文将详细探讨布儒斯特角原理的基本原理、应用以及实验验证。
布儒斯特角原理是由苏格兰物理学家大卫·布儒斯特（David Brewster）在19世纪初提出的。
他发现，当光线从一个介质垂直入射到另一个介质表面时，存在一个特殊的入射角使得反射光线完全偏振。
这个入射角被称为布儒斯特角，用θ表示。
根据布儒斯特角原理，当入射角等于布儒斯特角时，反射光线的偏振状态为垂直于入射面的偏振态。
布儒斯特角原理的解释基于光的偏振性质和折射定律。
光是一种电磁波，具有电场和磁场振动方向垂直的特性。
当光线从一个介质进入另一个介质时，根据折射定律，入射角和折射角之间存在一定的关系。
而对于特定的入射角，折射光线的偏振态与入射光线的偏振态有关。
在布儒斯特角下，折射光线与反射光线之间的振动方向恰好垂直，因此反射光线完全偏振。
布儒斯特角原理在实际应用中具有重要意义。
例如，它可以用来设计反射镜、滤光片和偏振片等光学元件。
利用布儒斯特角原理，可以选择特定的入射角度，使得反射光线具有所需的偏振态，从而实现对光的控制。
此外，布儒斯特角原理还可以用于测量材料的折射率和表面薄膜的厚度。
为了验证布儒斯特角原理，可以进行简单实验。
首先，选取一个透明的材料作为实验样品，如玻璃或塑料片。
然后，将样品固定在一个可以旋转的支架上，并利用一个光源照射到样品上。
通过调节光源的位置和入射角度，观察反射光线的偏振态变化。
当入射角等于布儒斯特角时，可以观察到反射光线变为完全偏振的现象。
通过测量入射角和折射角，可以计算出样品的折射率，并与理论值进行比较，从而验证布儒斯特角原理的准确性。
布儒斯特角原理是光学中的重要概念，描述了入射光线与介质表面的夹角与反射光线的偏振状态之间的关系。
反射和折射时的偏振光布儒斯特定律课件
5. 重复实验
改变入射光的偏振方向，重复 上述步骤，以获得多组数据。
实验结果与数据分析
数据整理
将测量数据整理成表格，列出 不同入射偏振方向下的反射和
折射光的偏振状态。
绘制图表
根据数据绘制图表，展示偏振 方向与反射、折射角度之间的 关系。
分析规律
布儒斯特定律的内容和意 义
内容
当入射角为某一定值时，反射光和折射光达到完全偏振状态，此时入射角被称为 布儒斯特角。
意义
布儒斯特定律是光学领域的重要定律之一，对于理解光在界面上的行为以及偏振 光学应用具有重要意义。
布儒斯特定律的应用和限制
应用
布儒斯特定律在光学仪器设计、光学检测、光学计量等领域有广泛应用，如偏振分束器、偏振控制器 等。
光学元件测试
在测试光学元件的表面质量时，可以 利用偏振光布儒斯特定律来检测表面 是否存在反射光异常或折射光异常。
光学通信系 统
信号传输
在光纤通信中，由于光纤的折射率不同，光线在传输过程中会发生折射和反射，利用偏振光布儒斯特定律可以优 化信号传输效果，提高通信质量。
噪声抑制
在通信系统中，由于各种原因会产生噪声干扰，利用偏振光布儒斯特定律可以对噪声进行抑制，提高信号的信噪 比。
• 偏振光布儒斯特定律在光学领域具有广泛的应用前景。例如，在光学通信中，可以利用偏振光实现更高的信息传输速率和 更好的信号质量；在生物医学领域，可以利用偏振光观察生物组织的结构和功能；在遥感领域，可以利用偏振光提高遥感 图像的分辨率和识别能力等。随着光学技术的不断发展，偏振光布儒斯特定律的应用前景将更加广阔。
根据实验数据，分析并总结反 射和折射时偏振光的布儒斯特 定律。
什么是布儒斯特角
什么事布儒斯特角
简介
自然光经电介质界面反射后，反射光为线偏振光所应满足的条件。
首先由英国物理学家D.布儒斯特于1815 年发现。
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，此特定角称为布儒斯特角或起偏角，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。
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，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。
当入射角满足关系式tgi0=n2/n1 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为起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：i0+r=90
编辑本段
求法
布儒斯特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。
我们有
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。
反射光和折射光的偏振
例 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角
为布儒斯特角 i 0 ，问 在界面 2 的反射光是什么光？
n1 i0 i0
n2
玻璃
空气
1 2
注意：一次 起偏垂直入射面 的振动仅很小部 分被反射（约 15%）所以反射 偏振光很弱 。一 般应用玻璃片堆
产生偏振光
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 n 2 介 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 .
tan i0
n2 n1
coi0tn n . 1 2taπ 2 n(i0)tan
注意 对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占入
射光强度的7.5% , 大部分光将透过玻璃.
利用玻璃片堆产生线偏振光
i0
.
讨论 讨论下列光线的反射和折射（起偏角 i 0 ）.
ii
n1
空气
n2
玻璃
ห้องสมุดไป่ตู้光反射与折射时的偏振
入射面 入射光线和法 线所成的平面 .
反射光 部分偏振光 ， 垂直于入射面的振动大于平 行于入射面的振动 .
折射光 部分偏振光，平行于入射面的振动大 于垂直于入射面的振动 .
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关 .
.
布儒斯特定律（1812年）
i0 i0
.
i0
i0
i0
i
i
i
.
讨论 如图的装置 p1,p2,pp ,'为偏振片，
问下列四种情况，屏上有无干涉条纹？
p2 s1 p ' s
p2
p
p'
45 p 1
p p1 s2
1）去掉 p, p ' 保留 p1, p2 无（两振动互相垂直）
布儒斯特定律的主要内容
布儒斯特定律的主要内容
布鲁斯特定律主要内容涉及到光的反射和折射现象。
由法国科学家布鲁斯特在19世纪早期提出。
其主要内容包括：
1. 光线的入射角和反射角之间存在一个特定的关系，即光线入射介质的折射率与反射角的正切成正比。
即tan(反射角) = n
（反射介质）/n（入射介质）。
2. 当入射角为特定的角度时，即称为布鲁斯特角（也叫做极化角），入射光线发生完全偏振，只有垂直于某一方向的振动（平行于反射面）。
在此角度上反射的光线呈现为完全偏振光，而反射光中平行于反射面的振动被部分或完全消除。
3. 布鲁斯特角的大小与两个介质的折射率有关，反射面上平行于此面的入射光波高分子极化介质中的极化界面的折射率之比等于与平面垂直入射光波的振幅之比。
4. 布鲁斯特角出现时，反射光线的反射率达到最小值，且此时反射光线与入射光线之间的振幅比为1:n，其中n为入射介质
和反射介质的折射率之比。
布鲁斯特定律的主要内容是描述了当光线从一种介质到另一种介质的界面上发生反射和折射时，光线的入射角、反射角以及反射光线的振幅之间的关系。
20-2反射和折射时的偏振现象
ib
线偏振光
n1 n2
起偏振角
例: 若 n1=1.00(空气)，n2=1.50(玻璃)。
1 .50 ° 1 56 18’ 空气 → 玻璃 i b tan 1 .00 互余 1 .00 ° 1 33 42’ 玻璃 → 空气 i b tan 1 .50
第20章 光的偏振
20-2 反射和折射时光的偏振
3 玻璃片堆 要提高反射线偏振光的强度， 可利用玻璃片堆的多次反射。 空气 → 玻璃 i b 56 °18’ ° b 33 42’ 玻璃 → 空气 i’
ib ib
i’b i’b
i’b
· · · ib · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· ·· · · ·
i0 M1
· i0 · i0 ·· · · · ·
布儒斯特窗
· ·
i0 M2
激光输出
假如封闭管子两端的玻璃窗口是垂直于管轴线的玻 璃片，那么自然光每经过一个窗口表面就有大约 4%的 反射损失。光在M1 M2之间来回反射时，每个单程要4次 穿过窗口表面。这样反射损耗太大就不能形成激光。
第20章 光的偏振
20-2 反射和折射时光的偏振
1 布儒斯特角 实验表明:
反射光中垂直入射面的分 量比例大；折射光中平行 入射面的分量比例大。 入射角 i 变, 反射、折射光 的偏振度也变
i
n1 n2
自然光反射和折射 后产生部分偏振光
第20章 光的偏振
20-2 反射和折射时光的偏振
20-2 反射和折射时光的偏振
一束光入射到各向异性的媒质中分成两束 (e,o)光的现象称为双折射现象
反射光的偏振特性—布儒斯特角的测量实验
反射光的偏振特性—布儒斯特角的测量实验实验科目：光的反射、折射定律，折射率的测量，光的偏振、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、1/4波片、反射光的偏振态，布儒斯特角。
反射光的偏振特性与布儒斯特角实验目的：1）用最小偏向角法测量棱镜材料的折射率。
2）测量通过起偏器、1/4波片后的光的偏振特性，了解线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的特点。
3）通过观察从棱镜材料表面反射回来的光的偏振特性，了解反射光的偏振特性，测量出布儒斯特角。
4）用测量值验证布儒斯特角公式的正确性。
实验原理：一、棱镜材料的折射率的测量当一束光斜入射于棱镜表面时，其光路如下图。
同理出射角γ/ 为sinγ/= sini//n （1）根据几何关系可以证明入射光与出射光之间的夹角为：δ=i＋γ/－A，而且δ有一个极小值δmin ，可以证明：当光束偏转角为δmin时，有i=γ/γ= i/，此时δ=2i－A 即i=（δ＋A）/2而A=γ＋i/=2γγ=A/2由（1）式可得：n=sin[(A+δmin)/2]/sin(A/2)因此，只要我们测量出δmin，就可得到材料相对于该测量光的折射率n。
二、偏振光光是一种横波，它的振动方向是与传播方向相互垂直的。
偏振是指光波的振动方向在空间上的一种相对取向的现象。
当这个振动方向在垂直于传播方向的平面内可取所有可能的方向，并且没有一个方向占优势时，我们称之为自然光或非偏振光。
而如果有某一个方向上的振动占优势时，则称之为部分偏振光。
只有一个单一的振动方向的光叫线偏振光，而在一个振动周期内其振动矢量的端点的轨迹为一个圆或椭圆时，我们称之为圆偏振光或椭圆偏振光。
在我们日常生活和工作中，太阳光、照明用光一般多为自然光。
而自然光经过一些材料的反射和透射后可能变成部分偏振光。
自然光经过一些特殊材料，如偏振片或双折射晶体材料制作的棱镜后，就会变成线偏振光，一些激光器也可产生很好的线偏振光。
线偏振光经过波片后就可能成为椭圆偏振光。
[笔记]反射光的偏振特性—布儒斯特角的测量实验
![[笔记]反射光的偏振特性—布儒斯特角的测量实验](https://img.taocdn.com/s3/m/8b92e31b6d85ec3a87c24028915f804d2b1687eb.png)
反射光的偏振特性—布儒斯特角的测量实验实验科目：光的反射、折射定律，折射率的测量，光的偏振、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、1/4波片、反射光的偏振态，布儒斯特角。
反射光的偏振特性与布儒斯特角实验目的：1）用最小偏向角法测量棱镜材料的折射率。
2）测量通过起偏器、1/4波片后的光的偏振特性，了解线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的特点。
3）通过观察从棱镜材料表面反射回来的光的偏振特性，了解反射光的偏振特性，测量出布儒斯特角。
4） 用测量值验证布儒斯特角公式的正确性。
实验原理：一、棱镜材料的折射率的测量当一束光斜入射于棱镜表面时，其光路如下图。
Aiγi 'γ'根据光的折射定律其偏转角γ为： sin γ＝sini/nn 为材料的折射率。
同理出射角γ/为sin γ/= sini //n （1）根据几何关系可以证明入射光与出射光之间的夹角为：δ=i ＋γ/－A ，而且δ有一个极小值δmin，可以证明：当光束偏转角为δmin时，有i=γ/ γ= i /，此时 δ=2i －A 即i=（δ＋A ）/2而A=γ＋i /=2γ γ=A/2由（1）式可得：n=sin[(A+δmin)/2]/sin(A/2)因此，只要我们测量出δmin ，就可得到材料相对于该测量光的折射率n 。
二、偏振光光是一种横波，它的振动方向是与传播方向相互垂直的。
偏振是指光波的振动方向在空间上的一种相对取向的现象。
当这个振动方向在垂直于传播方向的平面内可取所有可能的方向，并且没有一个方向占优势时，我们称之为自然光或非偏振光。
而如果有某一个方向上的振动占优势时，则称之为部分偏振光。
只有一个单一的振动方向的光叫线偏振光，而在一个振动周期内其振动矢量的端点的轨迹为一个圆或椭圆时，我们称之为圆偏振光或椭圆偏振光。
在我们日常生活和工作中，太阳光、照明用光一般多为自然光。
而自然光经过一些材料的反射和透射后可能变成部分偏振光。
自然光经过一些特殊材料，如偏振片或双折射晶体材料制作的棱镜后，就会变成线偏振光，一些激光器也可产生很好的线偏振光。
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·
tgi 1
n1 n2
·· n 2 ·· n 为偏振光。
4
例、一束自然光自空气射向一块平板玻璃，设入 射角等于布儒斯特角i0，则在界面 2 的反射光
（A）光强为零； （B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；
（C）是完全偏振光且光矢量的 振动方向平行于入射面； （D）是部分偏振光。
反射和折射时的 偏振光
1
反射与折射的偏振光
当自然光入射到媒质表 面时，反射光和折射光 都是部分偏振光。
布儒斯特定律
i
n1
布儒斯特指出，当入射角 满足：
tg i 0 n2 n1
n2
时，反射光为偏振光，折射光为部分偏振光。
2
在满足布儒斯特定律时，反射线与折射线垂直。
证明： 由折射定律：
sin i 0 sin r0 n2 n1
i0
[ B ]
1
分析：
tgi 0 n2 n1
r
, i 0 r 90
r
2
tgr
n1 n2
如何求全反射角？ sin 全反
n1 n2
5
i0
i0
n1 n2
布儒斯特定律：
tg i 0 sin i 0 cos i 0 n2 n1
r0
有
sin r0 cos i 0
得到
i 0 r0
2
3
玻璃堆可产生较强的反射偏振光（光学玻璃反 射光强不到入射光强的10﹪）。
tgi b
i1 i 2
n2 n1
2
i0
i1
i0