Polarisatoren und Wellenplatten

Polarisatoren wählen einen Polarisationszustand aus, und Wellenplatten verschieben die relative Phase von Komponenten – die grundlegenden Werkzeuge zur Steuerung von polarisiertem Licht.

Definition

Optische Elemente, die auf die Polarisation einwirken, wobei Polarisatoren eine ausgewählte Polarisationskomponente transmittieren und Wellenplatten eine feste Phasenverzögerung zwischen orthogonalen Komponenten einführen, um den Polarisationszustand zu ändern.

Scope

Dieses Thema behandelt die optischen Komponenten, die zur Erzeugung, Umwandlung und Analyse von polarisiertem Licht verwendet werden. Es umfasst dichroitische und reflektierende Polarisatoren sowie polarisierende Strahlteiler, das Malussche Gesetz für die Transmission durch einen Polarisator, die Wirkung von Wellenplatten (Verzögerungsplatten), die eine kontrollierte Phasendifferenz zwischen orthogonalen Komponenten einführen, Halbwellen- und Viertelwellenplatten und deren Verwendung bei der Drehung linearer Polarisation oder der Erzeugung zirkularer Polarisation sowie die Kombination dieser Elemente, beschrieben durch den Jones-Kalkül. Es behandelt die praktischen Mittel zur Polarisationskontrolle, die vielen Instrumenten zugrunde liegen.

Core questions

• Wie wählt ein Polarisator eine Polarisation aus und wie viel Licht transmittiert er?
• Wie verändert eine Wellenplatte den Polarisationszustand des Lichts?
• Wie werden Halbwellen- und Viertelwellenplatten in der Praxis eingesetzt?
• Wie wandeln Kombinationen dieser Elemente eine Polarisation in eine andere um?

Key concepts

• Polarisator
• Malussches Gesetz
• Wellenplatte
• Halbwellenplatte
• Viertelwellenplatte
• schnelle und langsame Achsen
• polarisierender Strahlteiler
• Verzögerung

Key theories

Malussches Gesetz

Wenn linear polarisiertes Licht einen idealen Polarisator durchläuft, entspricht die transmittierte Intensität der einfallenden Intensität multipliziert mit dem Quadrat des Kosinus des Winkels zwischen der Polarisation und der Transmissionsachse des Polarisators.

Wellenplattenverzögerung

Eine doppelbrechende Platte führt eine Phasendifferenz zwischen den Komponenten entlang ihrer schnellen und langsamen Achsen ein; eine Halbwellenplatte dreht die lineare Polarisation, während eine Viertelwellenplatte zwischen linearer und zirkularer Polarisation umwandelt.

Clinical relevance

Polarisatoren und Wellenplatten sind Kernkomponenten von Polarisationsmikroskopen, die in der diagnostischen Pathologie eingesetzt werden, von Polarimetern, die optisch aktive Analyten wie Glukose messen, und von Flüssigkristallanzeigen, die Licht in Displays und ophthalmologischen Instrumenten steuern.

History

Malus stellte sein Intensitätsgesetz 1809 auf, und Nicol entwickelte 1828 das nach ihm benannte Calcit-Polarisationsprisma. Praktische Folienpolarisatoren wurden nach Edwin Lands Erfindung des dichroitischen Polarisationsfilms in den 1930er Jahren, mit der Gründung der Polaroid Corporation, weit verbreitet.

Key figures

• Étienne-Louis Malus
• William Nicol
• Edwin Land

Seminal works

• hecht2017
• salehteich2019

Frequently asked questions

Wie viel Licht tritt durch zwei gekreuzte Polarisatoren?

Idealerweise keines; wenn die Transmissionsachsen senkrecht zueinander stehen, ergibt das Malussche Gesetz eine Transmission von Null, da der Kosinus von neunzig Grad Null ist, weshalb gekreuzte Polarisatoren dunkel erscheinen.

Wie erzeugt eine Viertelwellenplatte zirkular polarisiertes Licht?

Wenn linear polarisiertes Licht unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad zu den Achsen der Platte einfällt, verzögert die Platte eine Komponente um eine Viertelwellenlänge relativ zur anderen, und die beiden Komponenten gleicher Amplitude kombinieren sich zu zirkularer Polarisation.