Polarisation des Lichts
Polarisation beschreibt die Orientierung des oszillierenden elektrischen Feldes von Licht, eine Folge seiner transversalen Wellennatur mit breiter praktischer Anwendung.
Definition
Die Eigenschaft einer transversalen elektromagnetischen Welle, die die Orientierung und Rotation ihres elektrischen Feldvektors spezifiziert, von linearen über elliptische bis hin zu zirkulären Zuständen reichend.
Scope
Dieser Bereich behandelt die Vektornatur des Lichts: die Richtung, in der sein elektrisches Feld schwingt. Er umfasst lineare, zirkuläre und elliptische Polarisationszustände und deren mathematische Beschreibung durch Jones- und Stokes-Mueller-Formalismen; die Erzeugung und Analyse von polarisiertem Licht durch Polarisatoren und Wellenplatten; die Wechselwirkung von polarisiertem Licht mit anisotropen (doppelbrechenden) und optisch aktiven Medien; und die Polarisationsänderungen, die Reflexion und Brechung gemäß den Fresnel-Gleichungen begleiten. Er erklärt optische Phänomene, die von der Feldorientierung abhängen, und liegt einer Vielzahl von Geräten und Messungen zugrunde.
Sub-topics
Core questions
- Was bedeutet es, wenn Licht linear, zirkulär oder elliptisch polarisiert ist?
- Wie wird polarisiertes Licht erzeugt, transformiert und analysiert?
- Wie verändern anisotrope Medien die Polarisation des Lichts?
- Wie verändert Reflexion die Polarisation des Lichts?
Key concepts
- lineare Polarisation
- zirkuläre Polarisation
- elliptische Polarisation
- Jones-Vektor
- Stokes-Parameter
- Doppelbrechung
- Brewster-Winkel
- optische Aktivität
Key theories
- Polarisationszustände und der Jones-Kalkül
- Das transversale elektrische Feld von vollständig polarisiertem Licht wird durch einen zweikomponentigen Jones-Vektor beschrieben, und optische Elemente wirken als Jones-Matrizen, was eine kompakte Algebra zur Vorhersage der Polarisationstransformation ermöglicht.
- Stokes-Mueller-Beschreibung der partiellen Polarisation
- Teilweise polarisiertes und unpolarisiertes Licht wird durch vier messbare Stokes-Parameter beschrieben, wobei optische Elemente durch Mueller-Matrizen dargestellt werden, was die Polarisationsanalyse auf inkohärente und depolarisierende Situationen erweitert.
- Fresnel-Gleichungen für Reflexion
- Die Amplituden der reflektierten und transmittierten Wellen hängen von der Polarisation und dem Einfallswinkel durch die Fresnel-Gleichungen ab, die Effekte wie den Brewster-Winkel vorhersagen, bei dem reflektiertes Licht vollständig polarisiert ist.
Clinical relevance
Polarisation wird in der Polarisationsmikroskopie zur Identifizierung doppelbrechender Kristalle wie Urat bei Gicht, in der Polarimetrie zur Messung von Glukose und anderen optisch aktiven gelösten Stoffen sowie in Flüssigkristallanzeigen und der polarisationssensitiven optischen Kohärenztomographie von Gewebe genutzt.
History
Malus entdeckte 1808 die Polarisation des Lichts durch Reflexion, und Brewster identifizierte den Winkel, bei dem reflektiertes Licht vollständig polarisiert ist. Fresnels Transversalwellentheorie in den 1820er Jahren erklärte Polarisation und Doppelbrechung, während Stokes 1852 seine Parameter zur Beschreibung von teilweise polarisiertem Licht einführte.
Key figures
- Étienne-Louis Malus
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- George Gabriel Stokes
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- Warum können polarisierende Sonnenbrillen Blendung reduzieren?
- Licht, das von horizontalen Oberflächen wie Wasser oder Straßen reflektiert wird, ist teilweise horizontal polarisiert; Sonnenbrillen mit einer vertikalen Transmissionsachse blockieren einen Großteil dieser polarisierten Blendung, während sie anderes Licht durchlassen.
- Ist gewöhnliches Licht von der Sonne oder einer Lampe polarisiert?
- Nein; thermische Quellen emittieren Licht mit schnell variierenden, zufällig orientierten Feldrichtungen, sodass das Licht unpolarisiert ist, bis es gefiltert, reflektiert oder gestreut wird, auf eine Weise, die eine bestimmte Orientierung auswählt.