菲涅尔公式

S和P偏振光的反射率分别为：

注：S光为垂直线偏振光，P光为平行线偏振光。

上式中θᵢ为入射角，而n₁和n₂是两种介质的折射率。对于从空气中垂直入射在普通玻璃表面的情况：

这就是4%反射率经验法则的由来。但从反射率曲线可看出，对于0到10度之间的小入射角，S光和P光的反射率都基本不变，而超过10度后两条曲线就会明显不同：S光的反射率随入射角增大呈指数增大；P光的反射率先随入射角增大而减小，并在布儒斯特角处达到最小，然后随入射角增大而迅速增大。

S光和P光的反射率曲线

布儒斯特角
两种偏振光的透过率等于1和各自反射率之差：

透过率测量

实验装置如下所示，氦氖激光器以强度稳定模式工作，并在输出端安装光隔离器，以防功率波动。激光通过四分之一波片后变成圆偏振光，因此在旋转线偏振片时只改变窗口片的入射偏振，但不改变入射功率。这个功率就是基线功率。

四分之一波片

输出圆偏振光

旋转线偏振片时

改变偏振不改变功率

先后测量S光、P光和45度线偏振光在窗口片上的透过率。通过曲线图可以看出，三种偏振光的透过率在低入射角时都基本保持在92%，说明4%反射率的经验法则大约适用于0到10度之间的入射角。对于10度以上的入射角，S光的透过率呈指数下降，而P光透过率先上升，并在布儒斯特角处达到最高，然后开始下降。

三种线偏振光的透过率曲线

基于PRM1Z8电动旋转安装座的透射功率测量

45度线偏振光包含等量的S和P偏振光，其透过率曲线位于两个正交偏振的中间，总体趋势和S偏振光一样呈指数下降，但由于增加的P偏振功率，下降速度慢很多。另外，由于非偏振光也包含等量的S和P偏振光，因此45度线偏振光的透过率曲线可反映出非偏振光随入射角的变化趋势。

布儒斯特角和P光反射率测量

此处使用较厚的5 mm楔形窗口片增大前后表面的反射光束间距，并从60度开始微调入射角，通过测量找到最小的反射功率。由于接近布儒斯特角处的P光反射率很低，可先旋转线偏振片以提供更多的S光反射，利用更亮的反射光斑对准窗口片和探头。

使用较厚且楔形的窗口片分离两个反射光斑
为了防止环境光干扰最小功率读数，探头上还要加一个透镜套筒和激光线滤光片，然后使功率计表头归零并挡住后表面的反射光，只测量前表面的反射功率。

对准装置并阻挡后表面的反射
对准装置后，再次旋转偏振片使得只有P光入射窗口片，旋转位移台以0.1度步进并测量功率，以此找到反射率最小的角度，即布儒斯特角。在此角度下，窗口片可通过反射提供纯S光，或通过透射提供几乎无损耗的P光。

总结而言，玻璃窗口片在空气中的反射光强会随入射角和偏振态而改变。如果希望保持非纯S或P光的偏振态，那么入射角应小于10度，因为在此范围内两种偏振光的反射率基本不变。为了找到布儒斯特角，一种方法是找到P光的最低反射功率。

下面是实验中用到的部分组件。