反射光的偏振现象及布儒斯特角

实验和理论表明，自然光在各向同性介质界面上反射和折射时，反射光和折射光是部分偏振光。入射光在特定的入射角入射界面时，反射光成为线偏振光。

本节为研究问题方便，引入几何光学中的一个术语“入射面”，所谓入射面是指由入射光线和法线构成的平面。在图3-8中，入射自然光与法线构成的入射面是纸面。实验表明，在反射光中，垂直于入射面的振动多于平行于入射面的振动，因此反射光是部分偏振光。1813年布儒斯特发现，对于玻璃或其他电介质材料来说，都存在着一个特定的入射角i0，称为布儒斯特角，当自然光以布儒斯特角入射时，反射光中只有垂直于入射面的振动，而平行入射面的振动分量不能反射，反射光成为只垂直于入射面振动的线偏振光。布儒斯特角由下式决定

式中，n1和n2分别表示入射光和折射光所在介质的折射率。上式称为布儒斯特定理，利用布儒斯特定理和折射率定理很容易证明，当自然光以布儒斯特角入射时，反射光和折射光相互垂直，即。

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图3-8 光在反射和折射时的偏振

图3-9(a)中，P1和P2是两块平行放置且背面涂黑的平板玻璃，让自然光以布儒斯特角i0(玻璃i0≈57°)射向P1。则反射光BC成为只垂直于入射面振动的线偏振光。反射光BC射到P2上，入射角也等于i0，由入射光BC与法线构成的入射面仍是纸面，将有反射光CD射出。如果以BC为轴转动P2，则发现从P2射出的光强将发现变化。当P2的入射面与P1的入射面相垂直时[图3-9(b)]，则出射光强为0。这是因为根据布儒斯特定理，当入射光BC以布儒斯特角反射到P2时，出来的光应是垂直于P2的入射面振动的线偏振光，在图3-9(b)所示的情况下，P2的入射面这时是垂直于纸面，与入射P2的线偏振光BC的振动方向平行，根本没有垂直P2入射面的振动，因此出射光强为0。

图3-9 布儒斯特定律验证