Polarisation

Polarisation beschreibt die Orientierung der Schwingung einer Transversalwelle. Beim Licht wird sie üblicherweise durch die Richtung des elektrischen Feldes definiert. Polarisatoren machen diese Orientierung messbar und kontrollierbar.

Was polarisiertes Licht bedeutet

Polarisation zeigt den transversalen Charakter elektromagnetischer Wellen. Ein Linearpolarisator wählt die Komponente des elektrischen Feldes entlang seiner Transmissionsachse aus.

Unpolarisiertes Licht enthält rasch wechselnde transversale Orientierungen. Linear polarisiertes Licht besitzt eine festgelegte Richtung des elektrischen Feldes. Longitudinaler Schall in Luft hat diesen Polarisationsfreiheitsgrad nicht.

Ein idealer Linearpolarisator

Ein idealer Polarisator lässt die Komponente des elektrischen Feldes entlang seiner Achse durch. Bei unpolarisiertem Eingang beträgt die mittlere Intensität nach dem ersten idealen Polarisator I = I_unpol/2.

Das Malussche Gesetz hängt vom Winkel zwischen Polarisationsrichtung und Analysatorachse ab. Parallele Achsen liefern maximale Transmission; ideal gekreuzte Achsen ergeben null.

Malussches Gesetz

I = I₀ cos² θ

I₀ ist die Intensität des bereits polarisierten Lichts vor dem Analysator; θ ist der Winkel zwischen dieser Polarisation und der Analysatorachse.

Explorer zum Malusschen Gesetz

Analysatorwinkel θ 0°

Wende den Faktor 1/2 nicht automatisch noch einmal an, wenn I₀ bereits polarisiertes Licht beschreibt, das auf den Analysator trifft.

Reflexion kann Licht polarisieren

Reflexion an nichtmetallischen Oberflächen bevorzugt häufig eine Polarisation. Deshalb können polarisierende Sonnenbrillen Blendlicht von Straßen und Wasser verringern. Beim Brewster-Winkel stehen reflektierter und gebrochener Strahl senkrecht aufeinander; das reflektierte Licht ist idealerweise vollständig in einer Richtung polarisiert.

Reale Polarisatoren absorbieren und streuen einen Teil des Lichts, daher ist die gemessene Transmission nicht vollkommen ideal.

Drei Prüfungen vor der Anwendung des Malusschen Gesetzes

Bestimme zuerst, ob das einfallende Licht bereits polarisiert ist. Bestimme dann die Polarisationsrichtung unmittelbar vor dem Analysator. Miss schließlich θ zwischen dieser Richtung und der Analysatorachse. Erst dann wendest du I = I₀ cos²θ an.

Ist das Ausgangslicht unpolarisiert und ideal, lässt der erste Polarisator im Mittel die Hälfte der einfallenden Intensität durch; auf weitere Analysatoren wird anschließend das Malussche Gesetz angewendet. Reale Materialien besitzen endliche Transmission und unvollständige Auslöschung, daher müssen Messwerte nicht die idealen Grenzen von 0 oder 100 % erreichen.

Durchgerechnete Beispiele

1. Malus bei 60°

Linear polarisiertes Licht mit einer Intensität von 80 W·m⁻² trifft auf einen Analysator bei 60°. Bestimme die transmittierte Intensität.

Lösung

I = I₀ cos²60° = 80(0,5)² = 20 W·m⁻².

2. Unpolarisiertes Licht am ersten Polarisator

Ideales unpolarisiertes Licht mit 100 W·m⁻² durchläuft einen idealen Polarisator. Wie groß ist die mittlere transmittierte Intensität?

Lösung

Ein idealer erster Polarisator überträgt im Mittel die Hälfte der unpolarisierten Intensität: 50 W·m⁻².

3. Zwei ideal gekreuzte Polarisatoren

Linear polarisiertes Licht ist auf den ersten Polarisator ausgerichtet, ein zweiter idealer Polarisator steht bei 90°. Was sagt das Malussche Gesetz voraus?

Lösung

I = I₀ cos²90° = 0 im idealen Modell.