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| polarisation [2009/06/18 15:05] – added pictures oelke | polarisation [2009/06/18 15:10] – oelke |
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| == Polarisation == | == Polarisation == |
| Man unterscheidet zwei Grundformen von Wellen: //longitudinale// und //transversale Wellen// (Längs- und Querwellen). Bei longitudinalen Wellen haben Auslenkung und Ausbreitung der Welle die gleiche Richtung (Abb. 1). Durch die Welle wird nur eine Raumrichtung, nämlich die Ausbreitungsrichtung, ausgezeichnet. Bei transversalen Wellen stehen Auslenkung und Ausbreitungsrichtung senkrecht aufeinander. Durch beide Richtungen wird eine Ebene ausgezeichnet, die als //Schwingungsebene// der Welle bezeichnet wird.\\ | Man unterscheidet zwei Grundformen von Wellen: //longitudinale// und //transversale Wellen// (Längs- und Querwellen). Bei longitudinalen Wellen haben Auslenkung und Ausbreitung der Welle die gleiche Richtung (Abb. 1). Durch die Welle wird nur eine Raumrichtung, nämlich die Ausbreitungsrichtung, ausgezeichnet. Bei transversalen Wellen stehen Auslenkung und Ausbreitungsrichtung senkrecht aufeinander. Durch beide Richtungen wird eine Ebene ausgezeichnet, die als //Schwingungsebene// der Welle bezeichnet wird.\\ |
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| Polarisation tritt nur bei Transversalwellen auf. Diese setzen sich im Allgemeinen aus einer Vielzahl von elementaren Wellenzügen zusammen, deren einzelne Schwingungsebenen zufällige Richtungen besitzen. Gibt es jedoch eine bevorzugte Schwingungsebene, so spricht man von einer polarisierten Welle. Die bevorzugte Ebene heißt //Polarisationsebene//, die bevorzugte Schwingungsrichtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung Polarisationsrichtung. Bei der in Abb.1 skizzierten Transversalwelle ist die Polarisationsrichtung die Richtung nach oben und unten und die Polarisationsebene die Ebene des Papiers selbst.\\ | Polarisation tritt nur bei Transversalwellen auf. Diese setzen sich im Allgemeinen aus einer Vielzahl von elementaren Wellenzügen zusammen, deren einzelne Schwingungsebenen zufällige Richtungen besitzen. Gibt es jedoch eine bevorzugte Schwingungsebene, so spricht man von einer polarisierten Welle. Die bevorzugte Ebene heißt //Polarisationsebene//, die bevorzugte Schwingungsrichtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung Polarisationsrichtung. Bei der in Abb.1 skizzierten Transversalwelle ist die Polarisationsrichtung die Richtung nach oben und unten und die Polarisationsebene die Ebene des Papiers selbst.\\ |
| Den Grad der Ausrichtung einer Welle bezeichnet man als //Polarisationsgrad// (haben anschaulich gesprochen z.B. von 100 Wellenzügen 60 die gleiche Schwingungsebene, und sind die anderen 40 zufällig verteilt, so spricht man von einem Polarisationsgrad von 60 %).\\ | Den Grad der Ausrichtung einer Welle bezeichnet man als //Polarisationsgrad// (haben anschaulich gesprochen z.B. von 100 Wellenzügen 60 die gleiche Schwingungsebene, und sind die anderen 40 zufällig verteilt, so spricht man von einem Polarisationsgrad von 60 %).\\ |
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| Sind zwei Wellenzüge gleicher Amplitude gerade um ein Viertel einer Wellenlänge gegeneinander verschoben (Phasenverschiebung <m size>\pi</m>/2), so bleibt die Größe des resultierende E-Feldes zwar immer gleich, aber die Richtung kreist gleichförmig um die Ausbreitungsrichtung. Man erhält eine //zirkular polarisierte// Welle. Die Verhältnisse entsprechen der Zusammensetzung einer Kreisbewegung aus zwei zueinander senkrechten, harmonischen Schwingungen (Abb. 3). | Sind zwei Wellenzüge gleicher Amplitude gerade um ein Viertel einer Wellenlänge gegeneinander verschoben (Phasenverschiebung <m size>\pi</m>/2), so bleibt die Größe des resultierende E-Feldes zwar immer gleich, aber die Richtung kreist gleichförmig um die Ausbreitungsrichtung. Man erhält eine //zirkular polarisierte// Welle. Die Verhältnisse entsprechen der Zusammensetzung einer Kreisbewegung aus zwei zueinander senkrechten, harmonischen Schwingungen (Abb. 3). |
| {{:abb3.png|}}\\ | {{:abb3.png|Abb.3 Vektoraddition von Wellenzügen zu zirkularer Polarisation bei Phasendifferenz ± π/2 |
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| | Abb.3 Vektoraddition von Wellenzügen zu zirkularer Polarisation bei Phasendifferenz ± π/2\\ |
| Im allgemeinen Fall sind neben unterschiedlichen Phasenlagen auch die Amplituden verschieden, wodurch sich sowohl die Raumrichtung als auch die Größe des resultierenden E-Feldvektors periodisch ändern und man //elliptisch polarisierte// Wellen erhält. | Im allgemeinen Fall sind neben unterschiedlichen Phasenlagen auch die Amplituden verschieden, wodurch sich sowohl die Raumrichtung als auch die Größe des resultierenden E-Feldvektors periodisch ändern und man //elliptisch polarisierte// Wellen erhält. |
| == Anisotropie == | == Anisotropie == |
| Bei anisotropen Kristallen kann die Lichtgeschwindigkeit, d.h. der Brechungsindex, von der Ausbreitungsrichtung und der Polarisationsrichtung des Lichtes abhängig sein. Man spricht von //doppelbrechenden// Kristallen oder natürlicher Doppelbrechung (Beispiel Kalkspat). Das führt dazu, dass einfallende Lichtstrahlen an der Grenzfläche des Kristalls je nach Schwingungsrichtung unterschiedlich gebrochen und so in zwei Teilbündel aufgespalten werden, die senkrecht zueinander linear polarisiert sind.\\ | Bei anisotropen Kristallen kann die Lichtgeschwindigkeit, d.h. der Brechungsindex, von der Ausbreitungsrichtung und der Polarisationsrichtung des Lichtes abhängig sein. Man spricht von //doppelbrechenden// Kristallen oder natürlicher Doppelbrechung (Beispiel Kalkspat). Das führt dazu, dass einfallende Lichtstrahlen an der Grenzfläche des Kristalls je nach Schwingungsrichtung unterschiedlich gebrochen und so in zwei Teilbündel aufgespalten werden, die senkrecht zueinander linear polarisiert sind.\\ |
| Diesen Effekt nutzt man zur Erzeugung polarisierten Lichtes beim //Nicolschen Prisma// aus. Die beiden Teilbündel werden an einer geeignet geneigten Grenzfläche im Prisma dadurch getrennt, dass das eine Bündel gerade noch (unter Brechung) die Fläche durchsetzt, während das andere auf Grund des flacheren Einfallswinkels durch Totalreflexion in eine andere Richtung abgelenkt wird (Abb.4).\\ | Diesen Effekt nutzt man zur Erzeugung polarisierten Lichtes beim //Nicolschen Prisma// aus. Die beiden Teilbündel werden an einer geeignet geneigten Grenzfläche im Prisma dadurch getrennt, dass das eine Bündel gerade noch (unter Brechung) die Fläche durchsetzt, während das andere auf Grund des flacheren Einfallswinkels durch Totalreflexion in eine andere Richtung abgelenkt wird (Abb.4).\\ |
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| In Substanzen mit langen Molekülketten, wie z.B. Plastikmaterial, kann eine Anisotropie, und damit eine Doppelbrechung, durch mechanische Spannungen verursacht werden (Spannungsdoppelbrechung). Die dadurch hervorgerufenen Polarisationserscheinungen können zur Untersuchung von mechanischen Spannungszuständen herangezogen werden (Spannungsoptik).\\ | In Substanzen mit langen Molekülketten, wie z.B. Plastikmaterial, kann eine Anisotropie, und damit eine Doppelbrechung, durch mechanische Spannungen verursacht werden (Spannungsdoppelbrechung). Die dadurch hervorgerufenen Polarisationserscheinungen können zur Untersuchung von mechanischen Spannungszuständen herangezogen werden (Spannungsoptik).\\ |
| ==Dichroismus== | ==Dichroismus== |
