Unpolarisiertes und linear polarisiertes Licht
Warum Licht sich polarisieren lässt und wie sich linear polarisiertes von unpolarisiertem Licht unterscheidet.
Das Wichtigste in Kürze
- Lineare Polarisation bedeutet: Der elektrische Feldvektor des Lichts schwingt nur in einer festen Ebene, der Polarisationsebene.
- Licht ist eine Transversalwelle: \(\vec{E}\) und \(\vec{B}\) schwingen senkrecht zur Ausbreitung, eine Komponente in Ausbreitungsrichtung fehlt.
- Läuft Licht entlang \(z\), sind nur Schwingungsrichtungen in der x-y-Ebene möglich.
- Bei linear polarisiertem Licht schwingen elektrischer und magnetischer Feldvektor jeweils in einer festen Ebene, deren Lage um den Strahl beliebig ist.
- Eine Glühlampe liefert unpolarisiertes Licht, weil viele Atome mit zufälligen Schwingungsrichtungen unabhängig strahlen.
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Worum es geht
Polarisation beschreibt, in welcher Richtung das elektrische Feld einer Lichtwelle schwingt. Sie ist die Grundlage der Polarimetrie, mit der man die optische Drehung chiraler Arzneistoffe misst.
Licht als Transversalwelle
Licht ist eine elektromagnetische Welle und zugleich eine Transversalwelle. Das elektrische Feld \(\vec{E}\) und das magnetische Feld \(\vec{B}\) schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und senkrecht zueinander. Eine Komponente in Ausbreitungsrichtung gibt es nicht.
In Skizzen prüfst du das so: Läuft das Licht entlang \(z\), liegen alle möglichen Schwingungsrichtungen in der x-y-Ebene. Pfeile entlang \(x\), entlang \(y\) oder schräg dazwischen sind also erlaubt. Jeder Pfeil mit einem Anteil entlang \(z\) scheidet aus, auch ein schräger Pfeil in der x-z-Ebene.
Linear polarisiertes Licht
Weil Licht transversal schwingt, kann man ihm eine Schwingungsrichtung aufzwingen. Licht ist deshalb polarisierbar, auch sichtbares Licht. Der Grund liegt allein in der Transversalnatur, nicht etwa in einer Absorption durch farbige Flüssigkeiten. Longitudinalwellen wie Schall lassen sich dagegen nicht polarisieren.
Bei linear polarisiertem Licht schwingt der elektrische Feldvektor nur in einer festen Ebene. Diese Polarisationsebene enthält \(\vec{E}\) und die Ausbreitungsrichtung.
Man kann sich das wie ein Seil vorstellen, das durch einen senkrechten Schlitz läuft: Nur Auf-und-ab-Schwingungen kommen durch. Da \(\vec{B}\) stets senkrecht auf \(\vec{E}\) steht, schwingt auch das Magnetfeld in einer festen Ebene. Wie diese Ebene um den Strahl gedreht ist, ist nicht vorgegeben.
Die Definition wird im Examen gerne gefragt: Elektrischer und magnetischer Feldvektor schwingen jeweils in einer festen Ebene. Achte darauf, dass die Schwingungsrichtung jede beliebige Richtung senkrecht zur Ausbreitung sein darf, nicht nur horizontal oder vertikal.
Unpolarisierte Lichtquellen
Eine Glühlampe sendet unpolarisiertes Licht aus. Im Glühdraht strahlen unzählige Atome unabhängig voneinander. Jedes Wellenpaket hat eine andere, zufällige Schwingungsrichtung. Im Mittel sind daher alle Richtungen senkrecht zum Strahl gleich häufig vertreten.
Blickt man dem Strahl entgegen, sieht unpolarisiertes Licht aus wie ein Stern aus Doppelpfeilen. Linear polarisiertes Licht zeigt nur einen einzigen Doppelpfeil. Wie man aus unpolarisiertem Licht polarisiertes gewinnt, zeigen Polarisatoren und der Brewster-Winkel.
Quiz
Aussage 1
Breitet sich Licht entlang der z-Achse aus, kann sein elektrisches Feld diagonal in der x-y-Ebene schwingen.
Erlaubt ist jede Richtung senkrecht zur Ausbreitung, also jede Richtung in der x-y-Ebene.
Aussage 2
Das Licht einer Glühlampe ist linear polarisiert, weil der Glühdraht eine Vorzugsrichtung vorgibt.
Glühlampenlicht ist unpolarisiert: Viele Atome strahlen unabhängig mit zufälligen Schwingungsrichtungen, alle Richtungen senkrecht zum Strahl sind gleich häufig.
Aussage 3
Bei linear polarisiertem Licht schwingt neben dem elektrischen auch das magnetische Feld in einer festen Ebene.
\(\vec{B}\) steht stets senkrecht auf \(\vec{E}\) und zur Ausbreitung, daher liegt auch seine Schwingung in einer festen Ebene.
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