- Polarisiertes Licht
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Historisches Gerät zur Darstellung von polarisiertem Licht im PhysikunterrichtPolarisiertes Licht ist ein Bündel von Lichtstrahlen aus überwiegend gleich ausgerichteten Wellen. Licht kann als elektromagnetische Transversalwelle betrachtet werden, d. h. die Welle schwingt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, wobei die Richtung des Schwingens für jeden einzelnen "Teilstrahl" (für jedes Photon) i. A. verschieden ist. Diese Eigenschaft ergibt die Polarisation bzw. den sog. Polarisationsgrad.
Inhaltsverzeichnis
Entstehung
Durchdringt Licht einen sog. Polfilter, so werden die meisten Polarisierungsrichtungen des Lichts dabei herausgefiltert, es wird polarisiert. Auch normales Fensterglas reflektiert die unterschiedlichen Polarisierungsrichtungen unterschiedlich gut.
Ein polarisierter Lichtstrahl könnte einen Polfilter, dessen Polarisationsrichtung im rechten Winkel zu der des Strahls steht, nicht durchdringen, er wird komplett absorbiert.
Quellen unpolarisierten und polarisierten Lichts
Licht, das durch thermische Lichtquellen erzeugt wird, beispielsweise Licht von der Sonne oder aus Glühlampen, ist unpolarisiert, d. h. es besteht aus einer inkohärenten Überlagerung vieler Einzelwellen, deren Polarisationszustände statistisch verteilt sind.
Das Licht eines Lasers ist in der Regel polarisiert. Die Polarisation kann jedoch instabil sein, so dass ein (Teil-) Polarisator (beispielsweise ein Brewster-Fenster beim Helium-Neon-Laser) innerhalb des Resonators nötig ist um eine stabile und wohldefinierte Polarisationsrichtung sicherzustellen.
Erzeugung polarisierten Lichtes aus unpolarisiertem Licht
Nicht-polarisiertes Licht kann durch folgende vier Methoden polarisiert werden:
Mit einem Linear-Polarisator, z. B. einer Polarisationsfolie, kann man aus statistisch polarisierten Lichtwellenzügen solche auswählen, die nur in einer bestimmten Schwingungsebene schwingen. Man verwendet dazu Plastikfolien aus langgestreckten Molekülen, die durch Spannen parallel gerichtet werden.
Stehen bei zwei hintereinander geschalteten, so geformten Plastikfolien die Molekülachsen parallel, so kann das polarisierte Licht durch die zweite Folie durchdringen. Stehen sie aber normal (senkrecht) aufeinander, so wird das von der ersten Folie kommende polarisierte Licht durch die zweite Folie ausgelöscht.
Fällt ein Lichtwellenzug, der schräg zur Durchlass-Richtung des Polarisationsfilters schwingt, auf diesen auf, dann geht nur diejenige Komponente durch, die parallel zur Durchlassrichtung schwingt. Die senkrecht zur Durchlassrichtung schwingende Komponente wird absorbiert.
Polfilter: Polarisationsfilter bestanden früher (ca. Mitte des 20. Jh) aus Herapathitkristallen, heute stellt man sie aber großteils aus Polyvinylalkoholen oder Zellulosehydraten her.
Monochromatisches linearpolarisiertes Licht kann in einem λ/4-Plättchen (→Phasenverschieber) in zirkularpolarisiertes Licht umgewandelt werden.
Polarisiertes Licht in der Natur
Obwohl die Sonne unpolarisiertes Licht liefert, ist auch in der Natur teilpolarisiertes Licht zu beobachten. So ist beispielsweise das Streulicht des blauen Himmels linear teilpolarisiert. Verantwortlich hierfür ist die so genannte Rayleigh-Streuung, die auftritt, wenn Lichtwellen auf Teilchen treffen, die wesentlich kleiner sind als die Wellenlänge. Die Teilchen werden dann als Hertz'sche Dipole zum Schwingen angeregt.
Das an einer Wasseroberfläche reflektierte Licht ist ebenfalls teilweise polarisiert. Viele Insekten nutzen diesen Effekt, um sich zu orientieren. Für die Honigbiene wurde dies von Karl von Frisch erforscht.
Auch durch Reflexion an festen Materialien wie das einer Wandtafel wird Licht teilweise polarisiert. Dabei wird der in der Reflexionsebene polarisierte Anteil des Lichtes zum größeren Teil absorbiert. Der senkrecht zu dieser Ebene polarisierte Anteil wird transmittiert. Wird Licht im so genannten Brewster-Winkel reflektiert, so ist sogar vollständige Polarisation möglich. Polarisationsbrillen schirmen dieses polarisierte Licht ab, was beispielsweise beim Segeln wertvoll sein kann. Sie schützen aber nicht, sofern sie nicht zusätzlich abgedunkelt sind, vor Sonnenstrahlen (insbesondere nicht vor deren UV-Anteil).
Analyse von polarisiertem Licht
Die Polarisationseigenschaft des Lichtes als Naturphänomen ist von den meisten Menschen mit bloßem Auge erkennbar (Siehe: Haidinger-Büschel).
Licht kann mit den gleichen Polarisatoren analysiert werden, mit denen man polarisiertes Licht herstellen kann. Man nennt die Polarisatoren ihrer Funktion entsprechend dann Analysatoren. Ein Linear-Polarisator-Analysator-Paar, deren Polarisationsebenen senkrecht aufeinander stehen, lässt kein Licht hindurch. Es gibt jedoch Substanzen, die die Polarisationsebene drehen können (→optische Aktivität). Man kann deshalb die optische Aktivität vermessen, wenn man diese Substanzen zwischen Polarisator und Analysator stellt. Einen solchen Aufbau nennt man Polarimeter.
Technische Anwendung
In der Fotografie dienen auf das Objektiv aufgesetzte Polarisationsfilter dazu, die Effekte des polarisierten Lichts zu unterdrücken oder auch gezielt zu betonen.
Angler benutzen Brillen mit Polarisationsfilter um besser durch die Reflexionen auf der Wasseroberfläche hindurch zu sehen. Solche Brillen werden als Polbrillen oder Anglerbrillen bezeichnet und auch für Autofahrer angeboten.
Ein Polarisationsmikroskop ist ein Lichtmikroskop, das mit polarisiertem Licht arbeitet. Es wird vor allem in der Mineralogie zur Untersuchung von Gesteinsproben sowie zu Texturuntersuchungen von Flüssigkristallen eingesetzt.
Eines der Hauptanwendungsgebiete von polarisiertem Licht ist die LCD-Technologie, die auf den besonderen Eigenschaften von Flüssigkristallen beruht. Flüssigkristalle polarisieren das Licht; die Polarisationsrichtung kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung stufenlos von vertikal bis horizontal eingestellt werden.
Eine weitere Anwendung von Flüssigkristalltechnik ist die stereoskopische Vorführung von 3D-Fotos oder 3D-Filmen mittels einer Raumbildprojektion, die sich der Polarisationsfilter- oder der Shuttertechnik bedient.
Siehe auch
Weblinks
- Thomas Hausmaninger: Polarisierte Photonen (Überraschende und beeindruckende Experimente mit polarisierten Photonen und ihre Interpretation)
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