Perché la luce si polarizza quando riflessa e rifratta?

Perché la luce si polarizza quando riflessa e rifratta?
Anonim

Una risposta veloce:

La luce è un'onda trasversale, il che significa che il campo elettrico (così come il campo magnetico) è perpendicolare alla direzione di propagazione della luce (almeno nei media isotropici - ma manteniamo le cose semplici qui).

Quindi, quando la luce è un incidente obliquo sul confine di due media, si può pensare che il campo elettrico abbia due componenti: una nel piano di incidenza e una perpendicolare ad essa. Per la luce non polarizzata, la direzione del campo elettrico fluttua in modo casuale (rimanendo perpendicolare alla direzione di propagazione) e, di conseguenza, i due componenti hanno dimensioni di ordine uguale.

Quanto di ciascun componente è trasmesso e riflesso può essere calcolato usando le leggi dell'elettromagnetismo. Senza entrare nei dettagli matematici qui lasciatemi citare un risultato: il # P # la polarizzazione (la componente del campo elettrico nel piano di incidenza) non viene riflessa affatto se l'angolo di incidenza # # Theta soddisfa

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

dove # # N_1 e # # N_2 sono i due indici di rifrazione. Questo angolo è chiamato il Angolo Brewster. Per la luce che viaggia dall'aria all'acqua questo ha un valore di circa # 53 ^ circ #

L'altro, così chiamato #S# componente, quello perpendicolare al piano di incidenza, viene trasmesso e riflesso per tutti gli angoli di incidenza (sebbene la frazione cambi con # # Theta).

Quindi, quando la luce è incidente nell'angolo di Brewster - il raggio riflesso non ha componenti nel piano di polarizzazione. È interamente #S# polarizzata. Questo è il motivo per cui l'angolo Brewster è anche chiamato il angolo di polarizzazione.

Per gli angoli di incidenza vicini all'angolo di Brewster, il raggio riflesso ha molto di più #S# polarizzazione rispetto # P # polarizzazione - e quindi è parzialmente polarizzata.

Il raggio trasmesso ha entrambi i componenti e quindi non è mai completamente polarizzato. Tuttavia, all'angolo di Brewster, tutti i # P # componente viene trasmesso (senza riflessione) e solo una parte del #S# componente viene trasmesso (il resto è riflesso) - quindi la luce trasmessa è parzialmente # P # polarizzata. Questo rimane vero anche per gli angoli vicini all'angolo di Brewster.