De ce lumina se polarizează când este reflectată și refracționată?

Un răspuns rapid:

Lumina este un val transversal, ceea ce înseamnă că câmpul electric (precum și câmpul magnetic) sunt perpendiculare pe direcția propagării luminii (cel puțin în mediile izotropice - dar să păstrăm lucrurile simple aici).

Deci, când lumina este incidentă oblică la limita a două medii, câmpul electric poate fi considerat ca având două componente - unul în planul de incidență și unul perpendicular pe acesta. Pentru lumina nepolarizată, direcția câmpului electric fluctuează aleatoriu (în timp ce rămâne perpendicular pe direcția propagării) și, ca rezultat, cele două componente sunt de ordin egal.

Cât de mult din fiecare componentă este transmisă și reflectată poate fi calculată prin folosirea legilor electromagnetismului. Fără a intra în detalii matematice aici, permiteți - mi să citez un rezultat - # P # polarizarea (componenta câmpului electric în planul de incidență) nu se reflectă deloc dacă unghiul de incidență # # Teta satisface

#theta = theta_B = tan ^ -1 (n_2 / n_1) #

Unde # # N_1 și # # N_2 sunt cei doi indici de refracție. Acest unghi este numit Unghiul Brewster. Pentru lumina care călătorește din aer în apă, aceasta are o valoare de aproximativ # 53 ^ # Circ

Celălalt, numit așa # S # componentă, cea perpendiculară pe planul incidenței, este transmisă și reflectată pentru toate unghiurile de incidență (deși fracțiunea se schimbă cu # # Teta).

Deci, când lumina este incidentă la un unghi Brewster - fasciculul reflectat nu are nici o componentă în planul de polarizare. Este în întregime # S # polarizat. Acesta este motivul pentru care unghiul Brewster este de asemenea numit unghiul de polarizare.

Pentru unghiurile de incidență apropiate de unghiul Brewster, fasciculul reflectat are mult mai mult # S # polarizare decât # P # polarizare - și este parțial polarizată.

Faza transmisă are ambele componente și, prin urmare, nu este niciodată complet polarizată. Cu toate acestea, la unghiul Brewster, toate # P # componenta este transmisă (fără reflexie) și doar o parte din # S # componenta este transmisă (restul este reflectat) - astfel încât lumina transmisă este parțial # P # polarizat. Acest lucru rămâne valabil și pentru unghiurile apropiate de unghiul Brewster.