Polarisation

Polarisation ist eine Eigenschaft einer elektromagnetischen Welle. Sie beschreibt die Schwinungsrichtung des elektrischen Feldes (siehe Elektromagnetische Wellen). Elektromagnetische Wellen sind Transversalwellen, das bedeutet, dass die Schwingungsrichtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle steht. Longitudinalwellen (z.B Schallwellen) schwingen in Ausbreitungsrichtung und können daher keine Polarisation haben.

Polaroidbrillen filtern störende Reflexe heraus.

Ein Alltagsbeispiel: Bringt man ein angebundenes Seil zum Schwingen und stellt eine Wand mit einem senkrechten Spalt in den Weg. Dann muss das Seil hinter der Wand in einer Ebene mit dem Spalt schwingen. Das Seil ist nun senkrecht (zum Boden) polarisiert.

Im Praktikum wollen wir uns hauptsächlich mit der Polarisation von Licht beschäftigen. Das menschliche Auge kann zwar die Farbe (Wellenlänge bzw. Frequenz) und Intensität (Amplitude) des Lichts sehen, die Polarisation jedoch nicht. Um die Polarisation wahrzunehmen bedarf es an unterschiedlichen Hilfsmitteln (3D-Brille, Filter…). In der Natur kommt meistens unpolarisiertes Licht vor. Unpolarisiert nennt man eine elektromagnetische Welle, wenn das elektrische Feld Anteile in allen Schwingungsrichtungen hat, sprich eine Überlagerung aus allen Schwingungsrichtungen. Je weniger Schwingungsrichtungen vorhanden sind, umso stärker polarisiert ist die Welle - man spricht vom Polarisastionsgrad.

Bei der Polarisation unterscheidet man zwischen linearer, elliptischer und zirkularer Polarisation (siehe unten).

Lineare Polarisation

Von linear polarisiertem Licht spricht man, wenn alle E-Feld Vektoren in einem Strahlenbündel in die gleiche Richtung zeigen. Die Formulierung “senkrecht” und “parallel” polarisiertes Licht ist stets auf den Versuchstisch bezogen und somit nur eine Sache der Definition.

Zirkular Polarisation

Bei dieser Art der Polarisation sind die E-Feld Vektoren von zwei Welle betragsmäßig gleich und haben eine Phasenverscheibung von genau . Sie bilden eine Spirale, die sich um die z-Achse (Konvention) im Raum fortsetzt. Zirkular polarisiertes Licht ist der Speziallfall von elliptischer Polarisation, bei der die E-Feld Vektoren den genannten gleichen Betrag haben. Licht bei dem nur diese Phasenbeziehung besteht wird als elliptisch polarisiert bezeichnet. Die Drehrichtung der E-Feld Vektoren gibt an ob das Licht links-zirkular, also nach links drehend, oder aber rechts-zirkular ist.

Licht polarisieren

Die meisten Lichtquellen, wie Glühlampen und die Sonne strahlen unpolarisiertes Licht ab, haben also keine gerichtete Beziehung ihrer E-Feld Vektoren. Mit Hilfe einer Polarisationsfolie lässt sich dann eine Polarisation erzielen. Ein Laser hingegen erzeugt aufgrund seiner Funktionsweise linear polarisiertes Licht, welches sich mit einer $\frac{\lambda}{4}$-Platte in zirkualr-polarisiertes Licht drehen lässt.

Um aus unpolarisiertem Licht polarisiertes zu machen, wird meist ein Polarisationsfilter genutzt. Dies kann aber auch durch Reflexion entstehen. Trifft Licht unter dem Brewsterwinkel auf eine Oberfläche, so wird nur ein senkrecht polarisierter Teil reflektiert, der Rest des Lichtes wird transmittiert.