Brewster-Winkel
Der Brewster-Winkel (nach Sir David Brewster, 1781–1868) oder Polarisationswinkel ist eine Größe der Optik. Er gibt den Winkel an, bei dem von einfallendem, unpolarisiertem Licht nur die senkrecht zur Einfallsebene (d. h. parallel zur Grenzfläche) polarisierten Anteile reflektiert werden. Das reflektierte Licht ist dann linear polarisiert.
Physikalische Grundlagen
Licht, welches auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit den Brechzahlen
Für Licht mit einer Polarisation parallel zur Einfallsebene, welches mit dem Brewster-Winkel einfällt, entfällt die Reflexion. Das Licht dringt vollständig durch die Oberfläche. Licht mit senkrechter Polarisation hingegen wird auch teilweise reflektiert. Das reflektierte Licht ist somit vollständig linear polarisiert.
Im Folgenden wird angenommen, dass der Strahl von der Luft aus auf ein anderes Material trifft. Für Luft kann man in guter Näherung eine Brechzahl von
Bei dem Übergang zwischen zwei beliebigen, nicht magnetisierbaren Medien ergibt sich der Brewster-Winkel aus dem snelliusschen Brechungsgesetz:
- (brewstersches Gesetz),
wobei n1 die Brechzahl des Mediums ist, in dem
Der eintreffende Lichtstrahl regt die Elektronen des Materials zum Schwingen an (Verschiebungspolarisation). Es entsteht dadurch eine Ansammlung von atomaren Dipolen, die in Polarisationsrichtung schwingen und dadurch Sekundärwellen ausstrahlen. Nach dem optischen Reflexionsgesetz (Einfallswinkel
Das Besondere bei Einstrahlung im Brewster-Winkel ist, dass der unter dem Winkel
Beispiel – Reflexion an Glas
Anhand des vorhergehenden Abschnittes ist erkennbar, dass eine Glasplatte als Polarisator verwendet werden kann, indem man sie im Brewster-Winkel bestrahlt.
Mit den oben bezeichneten Winkeln und dem Brechungsgesetz gilt:
Unter der Annahme bei den verwendeten Materialien Luft (
Für den Übergang von Luft in Glas ergibt sich ein Brewster-Winkel:
gemäß den Fresnel-Gleichungen ergeben sich für den senkrechten bzw. parallelen Anteil des einfallenden Lichtes folgende Reflexionsgrade (
mit
das reflektierte Licht ist demnach vollständig senkrecht zur Einfallsebene linear polarisiert.
Bei Einstrahlung unpolarisierten Lichts (alle Polarisationen gleich stark vertreten) lässt sich der Reflexionsgrad über das arithmetische Mittel der beiden Komponenten bestimmen, es gilt:
Für den beschriebenen Übergang von unpolarisiertem Licht werden daher nur 8,5 % der eingestrahlten Intensität (im Brewster-Winkel) reflektiert.
Weblinks
- Commons: Polarisator – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien