Molekulare Expressions Mikroskopie Primer: Spezialisierte Techniken – Brewster’s Angle – Interactive Java Tutorial
Polarized Light Microscopy
Interactive Java Tutorials
Brewster’s Angle
Licht, das von der flachen Oberfläche eines dielektrischen (oder isolierenden) Materials reflektiert wird, ist oft teilweise polarisiert, wobei die elektrischen Vektoren des reflektierten Lichts in einer Ebene schwingen, die parallel zur Oberfläche des Materials ist. Übliche Beispiele für Oberflächen, die polarisiertes Licht reflektieren, sind ungestörtes Wasser, Glas, Kunststoffplatten und Autobahnen. In diesen Fällen werden Lichtwellen, deren elektrische Feldvektoren parallel zur Oberfläche sind, stärker reflektiert als solche mit unterschiedlichen Orientierungen. Dieses Tutorial demonstriert den Polarisationseffekt auf Licht, das in einem bestimmten Winkel (dem Brewster-Winkel) von einem transparenten Medium reflektiert wird.
Das Tutorial initialisiert mit einem einfallenden Lichtstrahl mit einer vorgewählten Wellenlänge (426 Nanometer), der auf die Oberfläche eines rechteckigen dielektrischen Mediums mit spezifischem Brechungsindex trifft. Verwenden Sie zur Bedienung des Tutorials den Schieberegler Brechungsindex, um den Wert zwischen 1,0 und 3,0 zu variieren. Wenn dieser Schieberegler übersetzt wird, ändert sich der einfallende Lichtwellenwinkel, um den korrekten Brewster-Winkel für die Reflexion von polarisiertem Licht beizubehalten. Mit dem Wellenlängenregler kann die Wellenlänge der einfallenden Lichtwelle eingestellt werden. Obwohl die Variation der Wellenlänge keinen Einfluss auf die Brewster-Winkelberechnungen hat, kann es helfen, den Kontrast zu verbessern, um eine einfachere Betrachtung des Tutorials zu ermöglichen. Durch Bewegen des Ansichtswinkelschiebers wird die Ausrichtung des rechteckigen Mediums gedreht, um unterschiedliche perspektivische Ansichten des Phänomens zu erhalten.
Die optischen Eigenschaften der isolierenden Oberfläche bestimmen die genaue Menge des reflektierten Lichts, das polarisiert wird. Spiegel sind keine guten Polarisatoren, obwohl ein breites Spektrum transparenter Materialien als sehr gute Polarisatoren wirkt, jedoch nur, wenn der einfallende Lichtwinkel innerhalb bestimmter Grenzen ausgerichtet ist. Eine wichtige Eigenschaft von reflektiertem polarisiertem Licht ist, dass der Polarisationsgrad vom Einfallswinkel des Lichts abhängt, wobei die zunehmenden Polarisationsmengen für abnehmende Einfallswinkel beobachtet werden.
Bei der Betrachtung des Einfallens von nicht polarisiertem Licht auf eine flache isolierende Oberfläche gibt es einen eindeutigen Winkel, in dem die reflektierten Lichtwellen alle in eine einzige Ebene polarisiert werden. Dieser Winkel wird allgemein als Brewster-Winkel bezeichnet und kann leicht unter Verwendung der folgenden Gleichung für einen Lichtstrahl berechnet werden, der sich durch Luft bewegt:
wobei n der Brechungsindex des Mediums ist, von dem das Licht reflektiert wird, q (i) der Einfallswinkel und q (r) der Brechungswinkel ist. Durch die Untersuchung der Gleichung wird offensichtlich, dass der Brechungsindex einer unbekannten Probe durch den Brewster-Winkel bestimmt werden kann. Dieses Merkmal ist besonders nützlich bei opaken Materialien, die hohe Absorptionskoeffizienten für Durchlicht aufweisen, wodurch die übliche Snellsche Gesetzesformel nicht anwendbar ist. Die Bestimmung des Betrags der Polarisation durch Reflexionstechniken erleichtert auch die Suche nach der Polarisationsachse auf einem nicht markierten Blatt Polarisationsfilm.
Das Prinzip hinter dem Brewster-Winkel ist in Abbildung 1 für einen einzelnen Lichtstrahl dargestellt, der von der ebenen Oberfläche eines transparenten Mediums mit einem höheren Brechungsindex als Luft reflektiert wird. Der einfallende Strahl ist mit nur zwei elektrischen Vektor-Schwingungsebenen gezeichnet, soll aber Licht mit Schwingungen in allen Ebenen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung darstellen. Wenn der Strahl in einem kritischen Winkel auf die Oberfläche trifft (Brewster-Winkel; dargestellt durch die Variable q in Abbildung 1), beträgt der Polarisationsgrad des reflektierten Strahls 100 Prozent, wobei die Ausrichtung der elektrischen Vektoren senkrecht zur Einfallsebene und parallel zur reflektierenden Oberfläche liegt. Die Einfallsebene wird durch die einfallenden, gebrochenen und reflektierten Wellen definiert. Der gebrochene Strahl ist in einem Winkel von 90 Grad zum reflektierten Strahl ausgerichtet und nur teilweise polarisiert.
Für wasser (brechungsindex von 1,333), glas (brechungsindex von 1.515), und diamant (brechungsindex von 2,417), die kritische (Brewster) winkel sind 53, 57, und 67,5 grad, beziehungsweise. Licht, das von einer Autobahnoberfläche im Brewster-Winkel reflektiert wird, erzeugt oft störende und störende Blendung, was sich leicht zeigen lässt, wenn man den entfernten Teil einer Autobahn oder die Oberfläche eines Schwimmbades an einem heißen, sonnigen Tag betrachtet. Moderne Laser nutzen üblicherweise den Brewster-Winkel, um linear polarisiertes Licht aus Reflexionen an den Spiegelflächen zu erzeugen, die in der Nähe der Enden des Laserkavitals positioniert sind.
Beitragende Autoren
Mortimer Abramowitz – Olympus America, Inc., Zwei Corporate Center-Laufwerk., Melville, New York, 11747.
John C. Long, Matthew J. Parry-Hill und Michael W. Davidson – Nationales Hohes Magnetfeldlabor, 1800 East Paul Dirac Dr., Die Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.
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Letzte Änderung: Montag, 18.September 2017 um 03:47 Uhr
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