ブリュースター角

ブルースター角（偏光角）とは

ブルースター角、または偏光角とは、光が異なる屈折率を持つ二つの物質の境界に入射する際に、特定の角度でp偏光（電場の振動方向が入射面に平行な偏光成分）の反射率がゼロになる現象を指します。

この現象は、1815年にスコットランドの物理学者デイヴィッド・ブルースターによって発見されました。ブルースター角で光が入射すると、反射光は完全に偏光となり、この角度は、入射する光の偏光状態を制御したり、特定の偏光成分を取り出したりする上で重要な役割を果たします。

ブルースター角の原理

光が異なる屈折率を持つ物質の境界に入射すると、光の一部は反射し、残りは透過します。この時、反射する光の強さ（反射率）は、入射角と光の偏光状態によって変化します。

p偏光の反射率は、入射角が0度から増加するにつれて最初は減少しますが、特定の角度（ブルースター角）で0になり、その後再び増加します。一方、s偏光（電場の振動方向が入射面に垂直な偏光成分）の反射率は、入射角が増加するにつれて単調に増加します。

この反射率の偏光・入射角依存性は、フレネルの式によって詳細に記述されます。

ブルースター角の計算

ブルースター角（θB）は、入射側の屈折率（n1）と透過側の屈折率（n2）を用いて以下の式で計算できます。


θB = arctan(n2 / n1)


例えば、空気（屈折率約1）からガラス（屈折率約1.5）に光が入射する場合、ブルースター角は約56度となります。

この角度で光が入射すると、反射光は完全にs偏光となり、p偏光は反射しません。

ブルースター角の重要な性質

入射角がブルースター角の時、透過光（屈折光）と反射光のなす角度は常に90度となります。この性質は、光学系の設計や、偏光を利用した様々な技術に応用されています。

ブルースター角の応用

ブルースター角の現象は、様々な光学機器や技術に応用されています。以下にその代表的な例を挙げます。

ブルースター窓

ガスレーザーなどにおいて、レーザー媒質を封入する管の窓には、反射による損失を極力抑えたい箇所に、入射角がブルースター角となるように設計された窓（ブルースター窓）が用いられることがあります。これにより、レーザー光のエネルギー損失を最小限に抑え、効率的なレーザー発振を可能にします。

偏光素子

ブルースター角を利用することで、特定の偏光成分を反射させずに透過させる偏光素子を作成することができます。これにより、光の偏光状態を制御したり、特定の偏光成分のみを取り出したりすることが可能になります。

その他の応用

ブルースター角は、偏光顕微鏡、カメラのフィルターなど、さまざまな光学機器や技術にも応用されています。光の偏光を制御することで、より高度な光学計測や画像処理が可能になります。

まとめ

ブルースター角は、光と物質の相互作用における基本的な現象の一つであり、その原理を理解することで、様々な光学技術や機器をより深く理解し、応用することができます。ブルースター角を利用することで、効率的なレーザー発振、偏光の制御、その他の光学計測や画像処理など、多くの応用が可能になり、現代の光学技術において不可欠な概念となっています。

関連項目

• - フレネルの式
• - 反射
• - 偏光

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