布儒斯特定律

1815年布儒斯特发现的光学定律
布儒斯特定律(Brewster's law)[1]是1815年布儒斯特发现的光学定律[3],描述了自然光在两种介质的界面上反射时,反射光偏振状态的特殊条件[1]。当非偏振的自然光以一个特定角度(称为布儒斯特角入射到介质表面时,反射光将完全线偏振[7][8]。此时,反射光的振动方向与入射面垂直,并且反射光与折射光互相垂直[3][9]。具体来说,若自然光从折射率
的介质射向折射率为
的介质,当入射角满足以下条件时,反射光为完全线偏振光[8]
,其中
为布儒斯特角,
分别为入射介质和折射介质的折射率[9][7]
1808年,艾蒂安·路易斯·马吕斯(Etienne Louis Malus)发现反射时光的偏振[10]。1815年,英国物理学家大卫·布儒斯特爵士(Sir David Brewster,1781.12.11—1868.2.10)[1]在研究反射光的偏振化程度时发现,随着入射角
的改变,反射光的偏振化程度也随之改变,即反射光的偏振化程度与入射角
有关,[3]人们称其为布儒斯特定律[11]。奥古斯汀·菲涅尔(Augustin Fresnel,1788-1827)从数学上完成了对双折射和反射光的偏振解释,进而成功对布儒斯特定律的理论进行解释[12]。利用布儒斯特定律,可以设计制造高效的偏振器件,在物理学、摄影等领域有重要应用[4][5][6]

简史

偏振的发现

1808年,艾蒂安·路易斯·马吕斯(Etienne Louis Malus)[13]从实验和理论两方面证明和解释了双折射现象,成为19世纪重新研究偏振现象的开拓者,马吕斯用方解石晶体惊奇地看到从玻璃上反射的太阳像并不因为双折射出现双像,而只有一个像。带着这一困惑不解的问题,他利用蜡烛光进行实验,发现蜡烛光经水面的反射,且当入射角
时在晶体中也仅观察到一个像,但当以其他角度入射时,则出现两个像。能获得单像的这一特定的入射角,后来称为特性角(也叫起偏角)。为什么当光的入射角等于特性角时,反射光会发生上述现象,马吕斯认为光线发生了偏振[10]