WAS IST POLARISIERTES LICHT? - KÖRPERLICH - 2025

Das polarisierte Licht ist elektromagnetische Strahlung, die in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt. Die Schwingung in einer Ebene bedeutet, dass der elektrische Feldvektor der Lichtwelle parallel zu einem Raum aus zwei rechteckigen Komponenten schwingt, wie dies in der xy-Polarisationsebene der Fall ist.

Natürliches oder künstliches Licht ist ein Wellenzug elektromagnetischer Strahlung, dessen elektrische Felder in allen Ebenen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung zufällig schwingen. Wenn nur ein Teil der Strahlung auf das Schwingen in einer einzigen Ebene beschränkt ist, wird das Licht als polarisiert bezeichnet.

Vertikal polarisierte Lichtwellen in einer Ebene als nicht polarisierte Lichtwellen treffen auf ein Polarisationsgitter. Von Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Eine Möglichkeit, polarisiertes Licht zu erhalten, besteht darin, einen Lichtstrahl auf ein Polarisationsfilter zu treffen, das aus einer in einer Richtung ausgerichteten Polymerstruktur besteht, so dass nur Wellen, die in derselben Ebene schwingen, hindurchtreten können, während der Rest der Wellen absorbiert wird. .

Der Lichtstrahl, der durch den Filter fällt, hat eine geringere Intensität als der einfallende Strahl. Mit dieser Funktion kann zwischen polarisiertem und nicht polarisiertem Licht unterschieden werden. Das menschliche Auge hat nicht die Fähigkeit, zwischen dem einen und dem anderen zu unterscheiden.

Licht kann abhängig von der Richtung der Wellenausbreitung linear, zirkular oder elliptisch polarisiert sein. Polarisiertes Licht kann auch durch physikalische Prozesse wie Reflexion, Brechung, Beugung und Doppelbrechung erhalten werden.

Linear polarisiertes Licht

Wenn das elektrische Feld der Lichtwelle konstant schwingt und eine gerade Linie in der Ebene senkrecht zur Ausbreitung beschreibt, wird das Licht als linear polarisiert bezeichnet. In diesem Polarisationszustand sind die Phasen der beiden Komponenten des elektrischen Feldes gleich.

Wenn zwei linear polarisierte Wellen, die in senkrecht zueinander schwingenden Ebenen schwingen, überlagert werden, wird eine weitere linear polarisierte Welle erhalten. Die erhaltene Lichtwelle ist in Phase mit den vorherigen. Zwei Wellen sind in Phase, wenn sie zur gleichen Zeit dieselbe Verschiebung aufweisen.

Lineare, zirkulare und elliptische Polarisation. Durch induktive Belastung. (https://commons.wikimedia.org)

Zirkular polarisiertes Licht

Die Lichtwelle, deren elektrischer Feldvektor in derselben Ebene senkrecht zur Ausbreitung kreisförmig schwingt, ist zirkular polarisiert. In diesem Polarisationszustand bleibt die Stärke des elektrischen Feldes konstant. Die Ausrichtung des elektrischen Feldes erfolgt im oder gegen den Uhrzeigersinn.

Das elektrische Feld des polarisierten Lichts beschreibt Kreisbahnen mit einer konstanten Winkelfrequenz ω.

Zwei linear polarisierte Lichtwellen, die senkrecht zueinander mit einer Phasendifferenz von 90 ° überlagert sind, bilden eine zirkular polarisierte Lichtwelle.

Elliptisch polarisiertes Licht

In diesem Polarisationszustand beschreibt das elektrische Feld der Lichtwelle eine Ellipse in der gesamten Ebene senkrecht zur Ausbreitung und ist im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht.

Die Überlagerung von zwei zueinander senkrechten Lichtwellen, eine mit linearer Polarisation und die andere mit zirkularer Polarisation und mit einer Phasenverschiebung von 90 °, führt zu einer Lichtwelle mit elliptischer Polarisation. Die polarisierte Lichtwelle ähnelt dem Fall der Zirkularpolarisation, wobei jedoch die Stärke des elektrischen Feldes variiert.

Reflexion polarisiertes Licht

Reflexionspolarisiertes Licht wurde 1808 von Malus entdeckt. Malus beobachtete, dass ein Teil des Lichts beim Durchgang durch die Platte gebrochen wird und der andere Teil reflektiert wird und sich bildet, wenn ein Strahl unpolarisierten Lichts auf eine gut polierte, transparente Glasplatte trifft ein Winkel von 90 ° zwischen dem gebrochenen Strahl und dem reflektierten Strahl.

Der reflektierte Lichtstrahl ist linear schwingend, wenn er in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt, und sein Polarisationsgrad hängt vom Einfallswinkel ab.

Der Einfallswinkel, um den der reflektierte Lichtstrahl vollständig polarisiert ist, wird als Brewster-Winkel (θ _B ) bezeichnet.

Brechungspolarisiertes Licht

Wenn ein unpolarisierter Lichtstrahl mit einem Brewster-Winkel (θ _B ) auf einen Stapel von Glasplatten fällt, werden einige der Schwingungen senkrecht zur Einfallsebene in jeder der Platten reflektiert und der Rest der Schwingungen wird gebrochen.

Das Nettoergebnis ist, dass alle reflektierten Strahlen in derselben Ebene polarisiert sind, während die gebrochenen Strahlen teilweise polarisiert sind.

Je größer die Anzahl der Oberflächen ist, desto mehr Schwingungen verliert der gebrochene Strahl senkrecht zur Ebene. Letztendlich wird das durchgelassene Licht in derselben Einfallsebene wie das unpolarisierte Licht linear polarisiert.

Polarisiertes Licht streuen

Das Licht, das auf kleine Partikel fällt, die in einem Medium suspendiert sind, wird von seiner Atomstruktur absorbiert. Das in den Atomen und Molekülen induzierte elektrische Feld weist Schwingungen parallel zur Schwingungsebene des einfallenden Lichts auf.

Ebenso ist das elektrische Feld senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Während dieses Prozesses emittieren die Atome Lichtphotonen, die in alle möglichen Richtungen abgelenkt werden.

Die emittierten Photonen bilden eine Reihe von Lichtwellen, die von den Partikeln gestreut werden. Der Teil des gestreuten Lichts senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl ist linear polarisiert. Der andere Teil des in paralleler Richtung gestreuten Lichts ist nicht polarisiert, der Rest des von den Partikeln gestreuten Lichts ist teilweise polarisiert.

Die Streuung von Partikeln mit einer Größe, die mit der Wellenlänge des einfallenden Lichts vergleichbar ist, wird als Rayleigh-Streuung bezeichnet. Diese Art der Streuung ermöglicht es, die blaue Farbe des Himmels oder die rote Farbe des Sonnenuntergangs zu erklären.

Die Rayleigh-Streuung ist umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge (1 / λ ⁴ ).

Doppelbrechung polarisiertes Licht

Doppelbrechung ist eine charakteristische Eigenschaft einiger Materialien wie Calcit und Quarz, die zwei Brechungsindizes aufweisen. Doppelbrechendes polarisiertes Licht wird erhalten, wenn ein Lichtstrahl auf ein doppelbrechendes Material fällt und sich in einen reflektierten Strahl und zwei gebrochene Strahlen trennt.

Von den beiden gebrochenen Strahlen weicht einer stärker als der andere ab und schwingt senkrecht zur Einfallsebene, während der andere parallel schwingt. Beide Strahlen treten mit linearer Polarisation zur Einfallsebene aus dem Material aus.

Verweise

1. Goldstein, D. Polarisiertes Licht. New York: Marcel Dekker, Inc., 2003.
2. Jenkins, FA und White, H E. Grundlagen der Optik. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A und Teich, M C. Grundlagen der Photonik. Kanada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Günther, R D. Moderne Optik. Kanada: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF und Huffman, DR. Absorption und Streuung von Licht durch kleine Partikel. Kanada: Jhon Wiley & Sons, 1998.