
【化】 Brewster window
cloth; fabric
【建】 cloth
this
【化】 geepound
especially; special; spy; unusual; very
【化】 tex
casement; window
【醫】 fenestra; fenestrae; Window
布儒斯特窗(Brewster's window)是光學器件中基于布儒斯特角(Brewster's angle)原理設計的透明介質窗口,主要用于減少光在界面處的反射損失并實現偏振選擇。其核心特征包括:
物理原理
當光以布儒斯特角入射時,反射光與折射光呈90°夾角,此時反射光為完全線偏振光(p偏振分量消失)。該角度滿足: $$ theta_B = arctanleft(frac{n_2}{n_1}right) $$ 其中$n_1$和$n_2$分别為入射介質與透射介質的折射率。
結構特性
布儒斯特窗通常由氟化鎂(MgF₂)或石英制成,以特定傾角安裝在激光器諧振腔兩端。這種設計可使特定偏振方向的光以最小損耗通過,同時消除反射導緻的能量損失。
應用領域
廣泛應用于氣體激光器(如氦氖激光器)和光纖通信系統。例如,在He-Ne激光器中,布儒斯特窗能維持腔内光的線偏振狀态,并輸出高純度偏振激光。
曆史背景
該原理由蘇格蘭物理學家大衛·布儒斯特爵士(Sir David Brewster)于1815年提出,其發現被收錄于《大英百科全書》光學條目,成為偏振光學的基礎理論之一。
資料來源:美國光學學會(OSA)出版物、劍橋大學出版社《激光物理導論》、Springer《光學工程手冊》。
布儒斯特窗是一種基于布儒斯特角原理設計的光學元件,主要用于激光器諧振腔中實現偏振選擇并減少反射損耗。其核心原理和功能可總結如下:
布儒斯特角效應
當光從一種介質斜入射到另一種介質時,若入射角滿足$theta_B = arctan(n_2/n_1)$($n_1$、$n_2$為介質折射率),則反射光中僅剩垂直于入射面振動的S偏振光,而平行于入射面振動的P偏振光幾乎無反射損耗。此時折射光與反射光夾角為90°。
菲涅爾定律的應用
根據菲涅爾公式,在布儒斯特角下,P偏振光的反射系數趨近于零,從而實現高效透射。
偏振選擇
布儒斯特窗通過多次反射(如激光在諧振腔中往返)逐步濾除S偏振光,最終輸出單一方向的線偏振光(如y方向)。
降低損耗
在氣體激光器中,布儒斯特窗作為密封窗口,以特定角度安裝(如55.57°對熔融石英材料),使P偏振光透射損耗最小化,提升激光效率。
布儒斯特角計算:
$$
theta_B = arctanleft(frac{n_2}{n_1}right)
$$
通過上述設計,布儒斯特窗在激光技術中實現了高效偏振控制與能量保存的平衡。
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