Polarisation

Bis jetzt standen bei der Betrachtung von Wellen nur die Wellenlänge, ihre Phase und die Amplituden im Fokus.

Bei einer Transversalwelle steht der Schwingungvektor senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Das muss aber nicht die y-Richtung sein. Bei einer Ausbreitung längs der x-Achse kann der Schwingungsvektor y- und z-Komponenten haben.

Die folgende GeoGebra Simulation soll die verschiedenen Schwingungsrichtungen veranschaulichen. Dabei sind bis zu 3 Wellen mit verschiedenen Schwingungsvektoren darstellbar.  

Licht, das von einer Quelle wie Lampe, LED oder LASER ausgesendet wird, ist normalerweise nicht polarisiert, d.h. es sind alle Schwingungsebenen vorhanden.

Am einfachsten lässt sich das mit einer mechanisch erzeugten Seilwelle verdeutlichen. Diese kann in unterschiedlichen Schwingungsrichtungen angeregt werden.

Wenn nun ein Filter in den Weg gebracht wird, dann kann die Seilwelle je nach Ausrichtung diesen passieren ►3.1 , nicht passieren ►3.2 oder wird abgeschwächt und ändert seine Schwingungsrichtung ►3.3

Abb.: 3.1
Abb.: 3.2
Abb.: 3.3

Die Ausrichtung und die Amplitude der Welle hinter dem Polarisationsfilter sind von der Stellung des Polarisationsfilters abhängig.

Wenn eine Welle mit der Amplitude {\overrightarrow{E}} unter der Winkel α auf den Polarisationsfilter trifft, dann wird der Schwingungsverktor um den Winkel α gedreht. Wir können den Schwingungsverktor {\color{red} {\overrightarrow{E}}} in eine x-Komponente und eine y-Komponente zerlegen. 

{\color{blue} {E_{x}= \overrightarrow{E} \cdot \sin\left(\alpha\right)}}

{\color{teal} {\color{orange} {E_{y}= \overrightarrow{E} \cdot \cos\left(\alpha\right)}}}

{}

Wenn die polarisierte Welle auf einen zweiten Polarisationsfilter anderer Winkelstellung trifft, dann wird sie weiter abgeschwächt. Die Polarisationsebene wird erneut gedreht.

Polfilter (1): 0° ___ Polfilter (2): 20°

Wenn beide Polarisationsfilter in einem Winkel von 90° zueinander stehen, dann wird die Welle vollständig ausgelöscht.

Das lässt sich sowohl mathematisch, als auch anschaulich leicht zeigen. 

Nach dem Passieren des ersten Polarisationsfilters, hat die Welle nur noch senkrechte Schwingungsverktoren. Trifft die Welle auf den zweiten, im Winkel von 90° verdrehten Polarisationsfilter, dann hat sie keine y-Komponente.

oder: {E_{y}= \overrightarrow{E} \cdot \cos\left(\alpha\right)}

Da der Kosinus für  α=90° Null ergibt, hat der Schwingungsvektor die Amplitude 0.

Die folgende 2D-Animation soll die Abschwächung beim Durchgang durch 2 Polarisationsfilter verdeutlichen.

Polarisierbarkeit

Nur Transversalwellen können polarisiert werden. Polarisierbarkeit ist ein Merkmal für Transversalwellen. Longitudinalwellen sind nicht polarisierbar.

Polarisation - Anwendungen

Anwendungen zur Polarisation folgen …

  • Spannungsprüfung
  • Entspiegelung
  • TFT Monitor
  • Zusammenhang Polarisation-Brechung-Reflexion