布儒斯特角計算機 – 偏振角

布儒斯特角也稱偏振角，是光從一種介質入射到另一種介質時，反射光呈現完全線偏振的特定入射角。當非偏振光以布儒斯特角照射到表面時，反射光只保留電場在入射面內振盪的分量（p 偏振分量），而透射（折射）光則帶有互補分量，因此會呈現部分偏振。 這一現象由蘇格蘭物理學家大衛·布儒斯特爵士於 1815 年發現。他透過實驗發現，偏振角取決於相關兩種介質的折射率，並提出了如今稱為布儒斯特定律的關係：布儒斯特角 θ_B 的正切等於第二種介質折射率 n₂ 與第一種介質折射率 n₁ 的比值。公式為：tan(θ_B) = n₂ / n₁，因此 θ_B = arctan(n₂ / n₁)。 布儒斯特定律一個重要的幾何結果是：在偏振角處，反射光線與折射光線恰好互相垂直——它們之間的夾角始終為 90°。這是因為折射介質中的振盪偶極子若要沿反射光方向重新輻射，其排列方向正好與該方向一致，因此無法向該方向發射輻射，導致反射光中的 p 偏振分量完全消失。 布儒斯特角在光學和光子學中有許多實際應用。在雷射技術中，布儒斯特窗是在雷射腔內按布儒斯特角安裝的平板光學元件，使腔內光束幾乎無反射損耗地通過，同時產生線偏振輸出。偏光太陽眼鏡利用了同樣的原理：由於來自水面或道路等水平表面的眩光在可見光下會以接近布儒斯特角的角度反射，垂直方向排列的偏振濾光片可以阻擋大部分反射眩光，同時透過直接的場景光。 在攝影中，圓偏振鏡會旋轉到能夠消除玻璃、水面或油漆反射的位置，從而提升色彩飽和度並減少霧霾。在光纖通訊中，端面以接近光纖-空氣界面的布儒斯特角進行拋光的連接器可以降低可能干擾雷射源的回反射。遙測與橢圓偏振測量則利用布儒斯特角處的精確量測，以亞奈米級精度表徵薄膜厚度和表面光學性質。 對於常見光學材料，從空氣（n₁ ≈ 1.00）入射時，皇冠玻璃（n = 1.52）的布儒斯特角約為 56°，水（n = 1.33）約為 53°，金剛石（n = 2.42）約為 67°。當第二種介質的折射率更高時，角度會更大，因為更高的折射率比需要更陡的入射角，反射光和折射光才能保持互相垂直。