Polarizer

Ein Polarisator ist ein Bauteil, um elektromagnetische Wellen (häufig Licht) mit einer definierten meist linearen Polarisation herzustellen.

Funktionsweisen

Eine lineare Polarisation lässt sich durch Ausnutzung eines von drei physikalischen Effekten erzeugen.

Polarisation durch Dichroismus

Prinzip eines Polarisationsfilter. Dargestellt ist die Welle als elektrisches Feld. Die Stäbe sollen Drähte andeuten, die das elektrische Feld kurzschließen. Bei einem optischen Polarisationsfilter wirken anstelle von Drähten atomare Effekte. Ebenso kann man sich vorstellen, dass die Welle das magnetische Feld darstellt. In diesem Fall stellen die Drähte magnetische Drähte dar, bei denen das magnetische Feld kurzgeschlossen wird.

In dichroitischen Kristallen hängt die Absorption von der Polarisationsrichtung relativ zur optischen Achse ab. Durch einfaches Drehen dieser Kristalle lässt sich erreichen, dass nur die gewünschte Polarisationsrichtung durchgelassen wird.

In der Praxis verwendet man anstelle von dichroitischen Kristallen meist Folien aus Zellulosehydrat, die durch Streckung in eine Richtung dichroitisch gemacht werden können (Polarisationsfilter).

Polarisation durch Doppelbrechung

In doppelbrechenden Materialien hängt die Brechzahl von der Polarisation des Lichtes ab. Man kann somit erreichen, dass die senkrecht zueinander polarisierten Anteile des Lichtes unterschiedliche Wege durch das Material nehmen, und damit getrennt werden. Die in der Praxis üblicherweise verwendeten doppelbrechenden Polarisatoren sind das Nicolsche Prisma, das Rochon-Prisma sowie das Glan-Thompson-Prisma.

Wollaston-Prisma

Rochon-Prisma

Glan-Thompson-Prisma

Polarisation durch Reflexion

Schema eines auf dem Brewster-Winkel basierenden Polarisators. Um den Grad der Polarisation zu erhöhen sind mehrere Einzelpolarisatoren hintereinander platziert

Fällt unpolarisiertes Licht unter dem Brewster-Winkel auf eine Glasplatte, ist der reflektierte Teil linear, und zwar senkrecht zur Einfallsebene des Lichtes, polarisiert. Der transmittierte Anteil ist nur teilweise polarisiert. Lässt man dieses Licht jedoch durch mehrere Platten unter dem Brewster-Winkel laufen, lässt sich auch dieser Anteil linear polarisieren. Die Polarisationsebene ist hierbei parallel zur Einfallsebene.

Typen und Varianten

Basierend auf Doppelbrechung

• Ahren-Prisma
• Nicolsches Prisma
  • Nicol-Halle-Prisma
  • Hartnack-Prazmoweky-Prisma
• Glan-Prismen: Zeichnen sich durch zur optischen Achse geschliffene Einfallsflächen aus.
  • Glan-Thompson-Prisma
  • Glan-Foucault-Prisma
    • Glan-Taylor-Prisma
  • Lippich-Prisma
  • Frank-Ritter-Prisma
• Wollaston-Prisma
  • Nomarski-Prisma
  • Rochon-Prisma
  • Sénarmont-Prisma
• Hofmann-Prisma
• Soret-Prisma

Anwendungen

Optik

Neben der Erzeugung von polarisiertem Licht, können Polarisatoren auch als Filter dienen: Eine Kombination von zwei drehbar hintereinander gebauten Polarisatoren findet als „variabler Abschwächer“ von unpolarisiertem Licht Verwendung^[1].

Satellitenempfangsanlagen

Polarisatoren werden auch in Satellitenempfangsanlagen eingesetzt; wobei in entsprechenden Beschreibungen und im Techniker-Sprachgebrauch oft auch der englischsprachige Begriff polarizer verwendet wird. Ein Polarisator dient bei einer Empfangsanlage mit nur einem LNB-Erreger dazu, auch den Empfang von Frequenzen in einer anderen elektromagnetischen Polarität (x/y) zu ermöglichen. Dabei dreht der Polarisator das von einem Satellitenspiegel konzentrierte elektromagnetische Feld stufenlos in jene optimale Position. So wird beim Empfang durch den LNB-Erreger die größtmögliche Feldstärke und die beste Kreuzmodulation-Entkopplung ermöglicht. Der gewünschte Drehwinkel (vgl. Skew) wird vom Sat-Receiver durch analoge oder digitale Steuersignale vorgegeben.

Sat-Empfangsanlagen mit Polarisator eignen sich daher besonders für Sat-Drehanlagen, welche eine stufenlose Anpassung der Polarisation je Satellitenposition benötigen. Polarisatoren werden bei feststehenden Sat-Empfangsanlagen heute durch kostengünstige LNB mit zwei integrierte Erregerantennen in x/y-Anordnung aufgehoben.

Polarisationssteuerung durch magnetisierten Ferritstab

Es gibt drei wesentliche Bauformen von Polarisatoren die in Satellitenempfangsanlagen eingesetzt werden:

1. Mechanische: Die gewünschte Polarität wird durch eine kleine drehbare Dipolantenne selektiert.
2. Magnetische: Element der Parabolantenne, welches aus einer Spule und einer zirkularen Wellenführung besteht. Der Strom in der Spule erzeugt in einem Ferritstab ein magnetisches Feld, welches in der Lage ist, zu polarisieren. Mit dieser Technik ist es möglich, einen Kanal einer Polarität zu empfangen, wahrend man einen Kanal einer anderen Polarität unterdrückt.
3. Mechanische Drehvorrichtungen, welche ein gesamtes LNB in eine zum Empfang gewünschte Polarisation drehen.

Weblinks

• Kenneth R. Spring, Thomas J. Fellers, Michael W. Davidson: Introduction to Prisms and Beamsplitters

Literatur

• Hans Dodel, Sabrina Eberle: Satellitenkommunikation. 2. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 2007, ISBN 3540295755. 

Einzelnachweise

1. ↑ Datenblatt zum Glan-Taylor-Polarisator als variabler Abschwächer