
【化】 Brewster window
cloth; fabric
【建】 cloth
this
【化】 geepound
especially; special; spy; unusual; very
【化】 tex
casement; window
【医】 fenestra; fenestrae; Window
布儒斯特窗(Brewster's window)是光学器件中基于布儒斯特角(Brewster's angle)原理设计的透明介质窗口,主要用于减少光在界面处的反射损失并实现偏振选择。其核心特征包括:
物理原理
当光以布儒斯特角入射时,反射光与折射光呈90°夹角,此时反射光为完全线偏振光(p偏振分量消失)。该角度满足: $$ theta_B = arctanleft(frac{n_2}{n_1}right) $$ 其中$n_1$和$n_2$分别为入射介质与透射介质的折射率。
结构特性
布儒斯特窗通常由氟化镁(MgF₂)或石英制成,以特定倾角安装在激光器谐振腔两端。这种设计可使特定偏振方向的光以最小损耗通过,同时消除反射导致的能量损失。
应用领域
广泛应用于气体激光器(如氦氖激光器)和光纤通信系统。例如,在He-Ne激光器中,布儒斯特窗能维持腔内光的线偏振状态,并输出高纯度偏振激光。
历史背景
该原理由苏格兰物理学家大卫·布儒斯特爵士(Sir David Brewster)于1815年提出,其发现被收录于《大英百科全书》光学条目,成为偏振光学的基础理论之一。
资料来源:美国光学学会(OSA)出版物、剑桥大学出版社《激光物理导论》、Springer《光学工程手册》。
布儒斯特窗是一种基于布儒斯特角原理设计的光学元件,主要用于激光器谐振腔中实现偏振选择并减少反射损耗。其核心原理和功能可总结如下:
布儒斯特角效应
当光从一种介质斜入射到另一种介质时,若入射角满足$theta_B = arctan(n_2/n_1)$($n_1$、$n_2$为介质折射率),则反射光中仅剩垂直于入射面振动的S偏振光,而平行于入射面振动的P偏振光几乎无反射损耗。此时折射光与反射光夹角为90°。
菲涅尔定律的应用
根据菲涅尔公式,在布儒斯特角下,P偏振光的反射系数趋近于零,从而实现高效透射。
偏振选择
布儒斯特窗通过多次反射(如激光在谐振腔中往返)逐步滤除S偏振光,最终输出单一方向的线偏振光(如y方向)。
降低损耗
在气体激光器中,布儒斯特窗作为密封窗口,以特定角度安装(如55.57°对熔融石英材料),使P偏振光透射损耗最小化,提升激光效率。
布儒斯特角计算:
$$
theta_B = arctanleft(frac{n_2}{n_1}right)
$$
通过上述设计,布儒斯特窗在激光技术中实现了高效偏振控制与能量保存的平衡。
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