POLARISATION. Von Carla, Pascal & Max

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1 POLARISATION Von Carla, Pascal & Max

2 Die Entdeckung durch MALUS 1808 durch ÉTIENNE LOUIS MALUS entdeckt Blick durch einen Kalkspat auf die an einem Fenster reflektierten Sonnenstrahlen, durch Drehen wurde das Licht schwächer Malus, der an die Korpuskeltheorie anhielt, begründete das Phänomen damit, dass die Licht-Teilchen Pole hätten Polarisation Beobachtungen zur Polarisation durch Reflexion 1809 veröffentlicht, Doppelbrechung 1810

3 Unpolarisiertes Licht In der Natur tritt meist nur unpolarisiertes Licht auf (Sonne) Licht ist eine elektromagnetische Transversalwelle elektrischer Feldvektor + magnetischer Feldvektor senkrecht zueinander Licht hat eine Ausbreitungsrichtung, senkrecht dazu schwingen E- und B-Feld; bei unpolarisiertem Licht liegen diese Schwingungen in vielen verschiedenen Ebenen

4 Der Begriff Durch Polarisation wird unpolarisiertes Licht in (mindestens teilweise) polarisiertes Licht geformt. (eigentlich Transversal-Wellen: Mikrowellen, Röntgen,..) Beschränkung aller Schwingungsebenen des Lichts auf eine Ebene. Polarisationsebene Bauteile, die polarisieren heißen Polarisator; ein Polarisator, der Polarisation feststellt/misst, heißt Analysator

5 Der Begriff Longitudinalwellen würden ungehindert durch jeden Polarisator gehen

6 Polarisiertes Licht drei Arten polarisierten Lichts: linear, zirkular, elliptisch Linear polarisiertes Licht Das E-Feld schwingt in einer einzigen Ebene parallel zur Ausbreitungsrichtung, sein Betrag verändert sich, die Richtung bleibt konstant (u.a) Durch Überlagerung zweier linear polarisierten Wellen, entstehen die drei Arten polarisierten Lichts (s.o) linear: φ = 0 zirkular: φ = π 2 elliptisch: 0 < φ < π 2

7 linear zirkular elliptisch

8 Intensität Leistung pro Fläche I = W m² linear polarisiertes Licht verliert beim Durchströmen eines linearen Polarisationsfilters seine Intensität nach dem Gesetz von MALUS: I = I 0 COS 2 (α) Volle Intensität bei 0 /180, kein Licht bei 90 /270 Animation Der Rest (I 0 sin 2 α) wird absorbiert oder reflektiert, je nach Polarisationsart Einmal linear polarisiertes Licht hat die halbe Intensität

9 Drei Polarisationsfilter Bei 2 Polarisatoren mit senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen: I = 0 Dritter eingeschobener Polarisator mit 45 Winkel zu den anderen beiden Filtern: I = 1 2 I unp cos 2 (45 ) cos 2 (45 ) = 1 8 I unp (I unp = I 0 )

10 Polarisation durch Reflektion polarisiertes Licht entsteht auch, wenn unpolarisiertes Licht in einem Winkel φ 90 auf eine nichtmetallische Oberfläche trifft Polarisation des reflektierten Lichts senkrecht zur Reflektionsebene, je nach Einfallswinkel gar nicht bis vollständig

11 Der BREWSTER-Winkel 1812 experimentell durch DAVID BREWSTER entdeckt Der Brewster-Winkel (oder Polarisationswinkel) φ B ist der Winkel, bei dem das reflektierte Licht vollständig linear und senkrecht zur Oberfläche polarisiert ist hängt von den Brechungsindizes der beiden Medien nach dem BREWSTER'schen Gesetz ab: φ B = tan 1 n 2 n 1

12 Das SNELLIUS sche Brechungsgesetz Bei dem Übergang von Licht in ein anderes Medium gilt für die Winkel α und β und die beiden Brechungsindizes n 1 und n 2 folgendes: n 1 sin α =n 2 sin β Wir formen das BREWSTER sche Gesetz um und setzen es in das SNELLIUS sche Gesetz ein: φ B = tan 1 n 2 n 1 sin φ n 2 = n 1 tan φ B = n B 1 cos φ B sin φ n 1 sin φ B = n B 1 sin γ cos φ B cos φ B = sin γ Diese Gleichung gilt nur für cos φ B = 90 sin γ.

13 Polarisation durch Doppelbrechung

14 Polarisation durch Doppelbrechung Unpolarisiertes Licht trifft auf einen anisotropen Kristall bzw. kristalline Flüssigkeit (z.b. Kalkspatkristall) Licht wird aufgeteilt in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl o-strahl: wird nach SNELLIUS gebrochen ao-strahll: wird je nach Einfallsrichtung gebrochen Lichtgeschwindigkeit variiert je nach Winkel des Lichts zur optischen Achse o-strahl und ao-strahl sind senkrecht zueinander polarisiert

15 Der KERR-Effekt E-Feld in einer isotropen Flüssigkeit zwischen Elektroden el. polarisierte Moleküle werden längs des E-Feldes ausgerichtet Flüssigkeit nimmt anisotrope Eigenschaften an Doppelbrechung Es entsteht ein neuer Brechungsindex n = n ao n o = KλE 2 Problem: sehr starke elektrische Felder (mehrere kv) oder bestimmtes Material benötigt KERR-Zelle genannt

16 Der FARADAY-Effekt Idee: Drehung der Polarisationsebene mithilfe eines homogenen Magnetfeldes, denn: Licht ist EM-Welle parallele Ausrichtung des Magnetfelds zum Licht Für den Drehwinkel β gilt: β = VdB Drehung erfolgt mit dem Uhrzeigersinn, wenn man dem Magnetfeld entgegenschaut V ist positiv

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