ブリュースター角:完全に偏光した反射光
1 · 予測
ある特別な入射角(ブリュースター角)では、表面で反射する光は完全に偏光し、反射光には一つの偏光方向だけが含まれる。屈折率が大きい表面ほど、ブリュースター角は大きいか小さいか?
- 屈折率が大きいほどブリュースター角は小さくなる。
- 大きい — より大きな屈折率では、ブリュースター条件を満たすためにより急な入射角が必要である。
- ブリュースター角は表面の屈折率に依存しない。
2 · 準備
- 「ブリュースター角(brewster)」プリセットを開き、リセットを押しなさい。光は空気(n₁ = 1.0)からガラスに向かって進む。
- ブリュースター角の表示を有効にする。
- 各試行のガラスの屈折率を設定し、ブリュースター角を記録する。
3 · データ収集
| ガラスの屈折率 n₂ | ブリュースター角 θ_B (°) |
|---|---|
| 1.33 | |
| 1.50 | |
| 1.70 |
3回の試行について、θ_B(縦軸)を n₂(横軸)に対してプロットする。
4 · 分析
- 1回の試行について、n₁ = 1.0としてθ_B = atan(n₂/n₁)を計算しなさい。表と比較しなさい。
- 屈折率がより大きい表面(n₂ が大きい)では、完全に偏光した反射を得るために、より大きなブリュースター角、すなわちより急な入射が必要な理由を説明する。
5 · 発展
- ブリュースター角では、湖や濡れた道路などからの反射によるまぶしさはほぼ完全に水平方向へ偏光している。水平偏光を遮る偏光サングラスがまぶしさの低減に非常に効果的なのはこのためである。一般的な視角で最も強く反射する光を、まさに遮るように作られている。
- ブリュースター角では、反射光に p 偏光(入射面内で偏光する光)はゼロで、s 偏光だけが反射する。s 偏光を遮る向きに回転させた偏光フィルター付きカメラが、この特定の角度でガラスや水面からの反射をほぼ消せる理由を説明する。
この実験の物理
ブリュースター角
特定の入射角θ_B = atan(n₂/n₁)において、反射光は完全に偏光する(純粋なs偏光となり、反射光線と屈折光線はちょうど90°をなす)。これが偏光レンズのサングラスやカメラフィルターの物理的な原理である。