الإستقطاب الضوئي

الضوء عادة غير مستقطب (بمعنى أن موجاته الكهرومغناطيسية تنتشر في كل مكان عشوائيا) و يكون الضوء غير المستقطب أضعف من الضوء غير استقطاب المستقطب ،كضوء الليزر الذي يتم تركيزه في مجال معين من الطول الموجي و التردد.

عندما يمر الضوء بين وسطين لهما معامل الانعكاس مختلف، بشكل عام انعكاس ينعكس جزء من الضوء عند الحدود بين المادتين وينكسر الجزء الآخر و الاستقطاب يكون جزئيا. ولكن عند زاوية ميلان محددة للشعاع الضوئي، فإن الجزء المنعكس من الضوء يكون مستقطباً استقطاب خطي استقطابا خطياً ، و هذا هو الجزء العمودي على مستوى السقوط ، وهذه الزاوية هي ما يطلق عليها اسم زاوية الاستقطاب.[//de.wikipedia.org/wiki/Brewster-Winkel Brewster-Winkel – Wikipedia]

قانون بريفيستر

زاوية السقوط heta_ B التي عندها يكون الضوء المنعكس مستقطب استقطابا خطياًَ عمودياً، عند انعكاسه من الحاجز الذي بفصل المادتين (الماء و الهواء مثلاً) و التي تسمى (brewster angle) يمكن حسابها باستخدام قانون الانكسار و بمراعاة ان الضوء الساقط يهيج إلكترونات المادة الساقط عليها و يكون لها أقطابا (dipoles) موجبة و سالبة، و تكون حركتها (تهيجها) بنفس اتجاه الإستقطاب للضوء، فإذا كان الضوء المنعكس خطيا عموديا فإن الأقطاب المتولدة تكون أيضاً عمودية (الصورة brewster angle).

نقترح أن الشعاع الضوئي قادم من الهواء الذي له معامل انكسار (n1 1) تقريباً و يسقط على مادة معامل انكسارها أكثر من 1 (كما هو الحال عند سقوط أشعة الشمس على مياه البحر (نقترح n2 2))، فإن قانون الانكسار يعطي التالي

Brewster angle.svg 300 زاوية بريفستر تبين المثال عند سقوط شعاع على حاجز بين مادتين لهما معامل انكسار (n) مختلف كالشعاع الساقط من الهواء على الماء

n_1 sin ( heta_1
ight) n_2 sin ( heta_2
ight)

عند زاوية بريفستر فإن الجزء المنكسر من الشعاع الساقط يكون عموديا على الجزء المنعكس

heta_1 heta_mathrm B

heta_2 90^circ – heta_mathrm B

باستخدام قانون الانكسار ينتج

heta_1 تساوي heta_mathrm a

n_1 sin ( heta_mathrm B
ight) n_2 sin ( 90^circ – heta_mathrm B
ight) n_2 cos ( heta_mathrm B
ight)

heta_mathrm B arctan ( frac n_2 n_1
ight)

(قانون بريفستر).

مثال عملي

بما أن الشعاع المستقطب (بأثر الإنكسار أو الإنعكاس) أقوى من الشعاع عير المستقطب، فإنه يلاحظ و يُرى بدرجة أكبر بكثير من الشعاع غير المستقطب. فعند غروب الشمس على مياه البحر بزاوية بريفستر (بين الشعاع الساقط من الشمس و العمود الرئسي على الحاجز هواء-ماء) فإننا نرى الجزء المستقطب و المنعكس إلى أبصارنا بسبب لمعانه أكثر من الضوء غير المستقطب و هذا ما يفسر أنك تكاد لا ترى ما حول شيء مستقطب لامع و لهذا نرى في مثالنا هذا انعكاس الأشعة القوي على الأمواج و لا نكاد نرى الأمواج ذاتها.

Brewsters-angle.svg 300 رسم توضيحي لظاهرة استقطاب الضوء

زاوية الاستقطاب أو تعرف باسم زاوية بريفيستر إنج Brewster’s angle هي ظاهرة بصريات بصرية سميت على اسم العالم الفيزيائي السكوتلندي ديفيد بروستر دايفيد بريفيستر ( 1781 – 1868 ) إنج David Brewster .