Was ist der Unterschied zwischen horizontal/vertikal polarisiertem Licht und s/p-polarisiertem Licht?

Ich wiederhole hier im Grunde den Kommentar von Peter Diehr, aber als Antwort.

H- und V-Polarisation beziehen sich normalerweise auf einen willkürlichen Referenzrahmen. Dieses Referenzsystem wird normalerweise durch die Richtung der Schwerkraft definiert (nennen Sie dies$\hat{z}$Richtung). Wenn sich Licht „horizontal“ ausbreitet (d. h. senkrecht zur Richtung der Schwerkraft, zum Beispiel in der$\hat{y}$Richtung) dann können wir von horizontal und vertikal polarisiertem Licht sprechen. Bei vertikal polarisiertem Licht ist das elektrische Feld parallel zur Gravitationsrichtung, also in der$\hat{z}$Richtung. Bei horizontal polarisiertem Licht steht das elektrische Feld senkrecht zur Gravitationsrichtung, also in der$\hat{x}$Richtung. Beachten Sie, dass das elektrische Feld in beiden Fällen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts verläuft.

Diese Definition von horizontaler und vertikaler Polarisation ist auch für Licht sinnvoll, das sich mit einigen vernünftigen Winkelabweichungen von der horizontalen Ebene ausbreitet. Wir können über Polarisationen sprechen, die meistens keine Komponenten in haben$\hat{z}$Richtung, horizontale Polarisationen und Polarisationen, die meistens Komponenten in der haben$\hat{z}$, vertikale Polarisationen.

Stellen Sie sich jedoch einen Strahl vor, der direkt vom Boden nach oben wandert$\hat{z}$Richtung. In diesem Fall liegt die Polarisation in der$\hat{x}$,$\hat{y}$Ebene. Es macht für mich keinen Sinn, eine dieser beiden als vertikale Polarisation zu bezeichnen. Vielmehr wären wir besser bedient, wenn wir sie zum Beispiel als „Ost-West“ und „Nord-Süd“ polarisiert bezeichnen würden. Der Schlüsselpunkt hier ist die geometrische und koordinatenabhängige Natur dessen, wie wir Polarisationen nennen.

s- und p-Polarisationen unterscheiden sich von horizontalen und vertikalen Polarisationen. Wie oben beschrieben, beziehen sich horizontal und vertikal normalerweise auf die Richtung des elektrischen Felds in Bezug auf die Schwerkraft. s- und p-Polarisationen werden stattdessen in Bezug auf einen Referenzrahmen definiert, der sich auf die Oberfläche bezieht, mit der das Licht wechselwirkt. Die Oberfläche kann in Bezug auf die Schwerkraft in einer beliebigen Richtung ausgerichtet sein, sodass wir sehen, dass s und p nichts mit horizontaler und vertikaler Polarisation zu tun haben.

s und p sind in Bezug auf die Einfallsebene definiert, wie im Wikipedia-Artikel beschrieben . Die Einfallsebene wird durch zwei Vektoren definiert. Ein Vektor ist der Normalenvektor zur Oberfläche (der Vektor, der aus der Oberfläche heraus zeigt). Der andere Vektor ist die Ausbreitungsrichtung des betrachteten Lichts. Oft sind diese beiden Vektoren nicht parallel und beschreiben somit eine Ebene*. Diese Ebene wird Einfallsebene genannt.

p-polarisiertes Licht ist Licht, bei dem der elektrische Feldvektor in dieser Einfallsebene liegt. s-polarisiertes Licht ist Licht, bei dem der elektrische Feldvektor senkrecht zu dieser Einfallsebene steht. Wenn Sie dies in Bezug auf die Materialoberfläche betrachten, können Sie sehen, dass der elektrische Feldvektor für p-polarisiertes Licht entweder in die Materialoberfläche hinein- oder aus ihr herausragt, während er in der Ebene der Materialoberfläche "flach liegt".

Wenn das elektrische Feld direkt auf die Oberfläche einfällt, sind Ausbreitungsrichtung und Oberflächennormale parallel, sodass wir keine Einfallsebene definieren können. In diesem Fall liegen alle Polarisationen "flach" in der Ebene der Materialoberfläche, es ist also so, als wären alle Polarisationen "s-polarisiert". Dies ist vergleichbar mit dem Fall, als Licht direkt gegen die Schwerkraft nach oben wanderte und alle Polarisationen wie horizontale Polarisationen aussahen, sodass es keinen Sinn mehr machte, von horizontal und vertikal polarisiertem Licht zu sprechen. In diesem Fall müssen wir ein neues anderes Bezugssystem einführen, wenn wir über die Polarisation des Lichtfeldes sprechen wollen.

Endlich all diese Konzepte zu vereinen. Wir sehen, dass sich horizontale und vertikale Polarisation auf die Polarisationsrichtung im Vergleich zur Gravitationsrichtung beziehen und s- und p-Polarisation sich auf die Polarisationsrichtung im Vergleich zur Einfallsebene beziehen. Wenn die Oberflächennormale entweder in Richtung der Schwerkraft zeigt (wie in der Abbildung im OP angedeutet) oder senkrecht zur Richtung der Schwerkraft (eine Oberfläche, die vertikal wie ein Spiegel in der Toilette ist), besteht eine Beziehung zwischen s und p-polarisiertes und horizontal und vertikal (h und v) polarisiertes Licht.

Für eine Fläche mit einer Flächennormale, die in Richtung der Schwerkraft zeigt, können wir Folgendes sehen:

p-polarisiert ~ v-polarisiert

s-polarisiert = h-polarisiert

Ich habe die Tilde auf den Vergleich von p zu v gesetzt, weil es bei Blickwinkeln (bei denen sich das Licht fast horizontal ausbreitet, großer Einfallswinkel) sinnvoll ist, von vertikal polarisiertem Licht zu sprechen, aber wenn sich das Licht immer mehr senkrecht zur Oberfläche ausbreitet (kleinere Einfallswinkel) macht es immer weniger Sinn, von vertikal polarisiertem Licht zu sprechen.

Für eine vertikal montierte Oberfläche (wie ein Spiegel in der Toilette) mit Licht, das sich senkrecht zur Schwerkraft ausbreitet, haben wir:

p-polarisiert = h-polarisiert

s-polarisiert = v-polarisiert

Für eine vertikal montierte Oberfläche mit Licht, das mit einer Komponente hauptsächlich in Richtung der Schwerkraft wandert, haben wir:

p-polarisiert ~ v-polarisiert

s-polarisiert = h-polarisiert

Hinweis zu Blendung und Sonnenbrille und zum Brewster-Winkel: Sie haben darauf hingewiesen, dass unpolarisierter Lichteinfall am (oder in der Nähe des) Brewster-Winkels gefiltert und bei Reflexion (meistens) s-polarisiert wird. Wenn die betrachtete Oberfläche horizontal ist (z. B. Asphalt auf der Straße oder stehendes Wasser), dann wissen wir, dass s-polarisiertes Licht h-polarisiertes Licht ist. Wenn wir dies also zum Beispiel mit einer Sonnenbrille herausfiltern wollen, sollten wir die Sonnenbrille dazu bringen, h-polarisiertes Licht zu eliminieren. Polarisierende Sonnenbrillen sind so konzipiert, dass sie h-polarisiertes Licht eliminieren, wenn der Träger aufrecht steht und den Kopf wie gewohnt hält. Wenn sie jedoch ihren Kopf neigen, lässt ihre Sonnenbrille jetzt mehr h-polarisiertes Licht und mehr v-polarisiertes Licht durch. Der Winkel der Sonnenbrille definiert ein neues Koordinatensystem. Beachten Sie auch, dass, wenn die Oberfläche vertikal ausgerichtet ist (z. B. die Heckscheibe des Autos vor Ihnen), das s-polarisierte reflektierte Licht wieder hauptsächlich horizontal polarisiert ist, da das Sonnenlicht normalerweise von oben kommt. Dies bedeutet, dass polarisierende Sonnenbrillen im Allgemeinen gut sind und die Blendung von allen möglichen Objekten reduzieren, vorausgesetzt, das Sonnenlicht kommt von oben. Bei Sonnenauf- und -untergang steht die Sonne jedoch tiefer am Himmel, sodass das reflektierte s-polarisierte Licht nun große Komponenten in vertikaler Richtung aufweisen kann, sodass die Sonnenbrille nicht so effektiv funktioniert. Dies bedeutet, dass polarisierende Sonnenbrillen im Allgemeinen gut sind und die Blendung von allen möglichen Objekten reduzieren, vorausgesetzt, das Sonnenlicht kommt von oben. Bei Sonnenauf- und -untergang steht die Sonne jedoch tiefer am Himmel, sodass das reflektierte s-polarisierte Licht nun große Komponenten in vertikaler Richtung aufweisen kann, sodass die Sonnenbrille nicht so effektiv funktioniert. Dies bedeutet, dass polarisierende Sonnenbrillen im Allgemeinen gut sind und die Blendung von allen möglichen Objekten reduzieren, vorausgesetzt, das Sonnenlicht kommt von oben. Bei Sonnenauf- und -untergang steht die Sonne jedoch tiefer am Himmel, sodass das reflektierte s-polarisierte Licht nun große Komponenten in vertikaler Richtung aufweisen kann, sodass die Sonnenbrille nicht so effektiv funktioniert.

*Im Fall von Licht, das direkt auf eine Materialoberfläche einfällt, sind die beiden Vektoren jedoch parallel und es ist keine Ebene definiert. Ich werde diesen Fall in Kürze besprechen.