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Polarisation

Polarisation ist als Eigenschaft einer Transversalwelle zu verstehen, die eine geometrische Ausrichtung der Schwingungen angibt. Bei einer Transversalwelle ist die Richtung der Schwingung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Welle. Einfache Beispiele für polarisierte Transversalwellen sind Schwingungen, die sich entlang gespannter Schnüre bewegen. Zum Beispiel in einem Musikinstrument wie einer Gitarre, deren Saiten aus ihrer Ruhelage heraus auf und ab schwingen . Im Gegensatz dazu stehen die Longitudinalwellen, wie etwa Schallwellen in der Luft oder kreisförmige Wellen in einem Glas Wasser, bei denen die Verschiebung der Partikel in der Schwingung immer in Ausbreitungsrichtung verlaufen, so dass diese Wellen keine Polarisation aufweisen.

Polarisierte Schwingungen unterteilen sich in drei Arten der Polarisation:

• Lineare Polarisation
• Zirkulare Polarisation
• Elliptische Polarisation

Bei der linearen Polarisation ist die Schwingungsrichtung der Welle konstant, die Auslenkung aus der Ruhelage ist periodisch. Beispiele dafür sind Gitarrensaiten oder Peitschen

Die zirkulare Polarisation beschreibt eine in sich drehende Welle, die sich gleichzeitig in eine Richtung ausbreitet, dabei überlagert ein Wellenring den vorangehenden Wellenring. Ein bildhaftes Beispiel für eine zirkulare Polarisation ist ein Lasso, das in der Luft in eine Drehbewegung versetzt wird.

Die elliptische Polarisation ist eine Mischung aus linearer und zirkularer Polarisation. Hier kann wieder das Lasso als Beispiel genommen werden. Wenn der Lassowerfer das Seil zuerst in Drehbewegung versetzt, um es dann in eine Richtung zu werfen, geht die Welle von der Zirkulation in die elliptische Polarisation über.

Polarisation in der angewendeten Physik

Eine elektromagnetische Welle, wie etwa Licht, besteht aus einem oszillierenden elektrischen Feld und einem Magnetfeld. Die beiden Felder stehen immer senkrecht oder auch im rechten Winkel zueinander. Konventionell bezieht sich die "Polarisation" elektromagnetischer Wellen auf die Richtung des elektrischen Feldes. Bei der linearen Polarisation schwingen die Felder in einer einzigen Richtung. Bei zirkularer oder elliptischer Polarisation drehen sich die Felder in einer Ebene mit konstanter Geschwindigkeit, während sich die Welle ebenso in einer Richtung ausbreitet. Die Drehung kann zwei mögliche Richtungen haben; Wenn sich die Felder in Bezug auf die Richtung der Wellenbewegung im rechten Sinne drehen, spricht man von rechter Zirkularpolarisation. Wenn sich die Felder im linken Sinne drehen, spricht man von linker Zirkularpolarisation. Licht oder andere elektromagnetische Strahlung von Quellen wie Beispielsweise der Sonne, von Flammen oder Glühlampen, senden Wellenfronten, thermische Strahlung, aus. Dies nennt man unpolarisiertes Licht. Polarisiertes Licht kann erzeugt werden, indem unpolarisiertes Licht durch einen Polarisator geleitet wird, wodurch Wellen mit nur einer Polarisation hindurchtreten können. Die gebräuchlichsten optischen Materialien beeinflussen die Polarisation des Lichts nicht. Einige Materialien - solche, die Doppelbrechung, Dichroismus oder optische Aktivität aufweisen - wirken sich jedoch je nach Polarisation unterschiedlich auf das Licht aus. Einige davon werden zur Herstellung von Polarisationsfiltern verwendet. Licht ist auch teilweise polarisiert, wenn es von einer Oberfläche reflektiert wird.

Polarisation wird in einer Vielzahl von Techniken angewendet. Das größte Feld stellt hierbei die Optik dar. So können etwa die Gläser von Sonnenbrillen so polarisiert sein, dass ein Teil der UV-Strahlung der Sonne gefiltert wird. Ebenso wird die Polarisation bei der Fotografie und bei Bildschirmen eingesetzt.

Quizfragen zum Thema

1. Was ist eine linear polarisierte elektromagnetische Welle?

   Beschreibt der elektrische Feldvektor im Falle einer ebenen elektromagnetischen Welle entlang einer festen, auf der Ausbreitungsrichtung senkrecht stehenden Geraden eine hin- und hergehende Bewegung, so dass die Orientierung des elektrischen Feldes konstant ist, wird von einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle gesprochen.

2. Was ist natürliches oder unpolarisiertes Licht?

   Licht, das sich aus einer schnell veränderlichen Folge von verschiedenen Polarisationsrichtungen zusammensetzt.

3. Was ist der sogenannte Brewster-Winkel?

   Der nach dem schottischen Physiker David Brewster benannte Brewster-Winkel gibt den Winkel an, 560 Grad, bei dem Licht auf eine Grenzfläche fällt, etwa eine Fensterscheibe, und die senkrecht zur Einfallsebene stehenden Anteile des Lichts reflektiert und linear polarisiert werden.

4. Wer begründete die Wissenschaft der Polarisation?

   Der französische Ingenieur und Physiker Étienne Louis Malus experimentierte zu Anfang des 19. Jahrhunderts mit Oberflächen und deren Reflexion und Refraktion. Dabei fand er heraus, das Licht teilweise linear polarisiert wird.

5. Welche Mechanismen kommen bei einem Polarisator zur Anwendung?

   • a) Dichroismus oder selektive Absorption
   • b) Reflexion
   • c) Doppelbrechung
   • d) Streuung
   • e) Beugung

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