12-14 反射和折射时光的偏振

自然光在两种介质的分界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光；在特定情况下，反
射光有可能成为完全偏振光。
    如图所示， 是两种介质；（例如空气和玻璃）的分界面。 是一束自然光的入射线， 和 分别为反射线和折射线。入射角、反射角用 表示，折射角用 表示。如前所述，自然光的光振动用光矢量 表征，可分解为两个振幅相等的分振动。
    电磁波理论指出，上述两分振动的光波从空气入射到玻璃后，在反射光束中垂直振动比平行振动强，而在折射光束中，平行振动比垂直振动强。也就是说，反射光和折射光都将成为部分偏振光（图中也分别用点多线少和线多点少来标志），这些结论可用偏振片来检验。

图12-54
改变入射角 时，反射光的偏振化程度也随之改变。实验指出，当 等于某一特定的角度时，在反射光中只有垂直于入射面的振动，而平行于入射面的振动变为零，这时的反射光为完全偏振光。这个特定的入射角常叫做起偏角，用 表示。实验还指出，自然光以起偏振角 入射到两种介质的分界面上时，反射光线和折射光线相互垂直（如图所示），即
        
根据折射定律，有
        
式中， 和 分别为介质1和介质2的折射率。
由以上两式可得
    
即
     或
式中 （ ）是介质2对介1的相对折射率。

图12-55
式（12-32)是1812年由布儒斯特(D. Brewster)从实验确定的，称为布儒斯特定律。起偏振角 也称为布儒斯特角。

    还须指出，当自然光按起偏振角入射时，在经过一次反射、折射后，反射光虽然是完全偏振光，但光强很弱，对于单独一个玻璃面来说，垂直于入射面的振动的光能只被反射一小部分（约15％），因此折射光（或叫透射光）应是部分偏振光，它占有入射光中的平行于入射面的振动的全部光能和垂直于入射面的振动的大部分光能。为了增强反射光的强度和折射光的偏振化程度，可以把玻璃片叠起来，成为玻璃片堆。利用玻璃片、玻璃片堆或透明塑料片堆等在起偏振角下的反射和折射，都可以获得偏振光。同样，利用它们也可以检查偏振光。