Licht entsteht durch Quantensprünge der Elektronen in den Atomhüllen. Durch diese Quantensprünge kommt es zu einer Änderung des elektrischen Feldes und somit zur Entstehung elektromagnetischer Wellen. Normales Licht ist immer eine Mischung aus Wellenzügen mit völlig unterschiedlichen Eigenschaften, unter anderem auch der Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes (Abb.). Man spricht in diesem Fall von unpolarisiertem Licht.
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a und b) Bei unpolarisiertem Licht schwingen die elektrischen Felder in unterschiedlichen Richtungen. Hier sind exemplarisch zwei dargestellt, c) Symbol für unpolarisiertes Licht, d) Schematische Darstellung, wie man mit einem Polfilter polarisiertes Licht erzeugen kann.
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Wenn man Licht durch einen Polarisationsfilter (kurz Polfilter) schickt, dann schwingt das elektrische Feld nur mehr in einer Richtung - es wurde polarisiert. Polfilter kann man zum Beispiel aus Kunststofffolien herstellen, die aus langgestreckten Molekülen bestehen. Besonders interessant wird es, wenn man zwei Polfilter verwendet. Je nach Ausrichtung kann man dann das Licht durchlassen oder nicht (folgende Abb.n). Dieses Phänomen, das man schon lange vor Maxwells Entdeckung kannte, ist nur möglich, weil Licht eine Transversalwelle ist.
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Modell von Polfiltern in paralleler (a) und gekreuzter Ausrichtung (b). Man kann den Effekt sehr gut mit dem „Gartenzaunmodell“ verstehen.
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Foto von Polfiltern in paralleler (links) und gekreuzter Ausrichtung (rechts).
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Lichtwellen sind Transversalwellen
Brewster'sches Gesetz: Wenn das Licht so auf eine durchsichtige Fläche fällt, dass der reflektierte Strahl senkrecht auf den gebrochenen Strahl steht, dann ist der reflektierte Strahl maximal linear polarisiert.
Unpolarisiertes Licht kann also bei der Reflexion an einer Glasplatte (oder einem anderen durchsichtigen Medium, z. B. an einer Wasserfläche) polarisiert werden. Bei einem Einfallswinkel von 57° bei Glas zeigt der Polarisationsfilter, dass der reflektierte Lichtstrahl linear polarisiert ist und senkrecht zur Reflexionsebene, d. h. parallel zur brechenden Fläche schwingt.
Dieser spezielle Einfallswinkel heißt Polarisationswinkel. Für den Polarisationswinkel $ß$ gilt:
$\frac{\sin α}{\sin β}=n$ oder $\frac{\sin 57°}{\sin β}=1,53 \Rightarrow β=33°$
Einfalls- und Brechungswinkel ergänzen einander zu 90°!
Fällt daher natürliches Licht unter dem Polarisationswinkel auf ein durchsichtiges Medium, so kann man sich jeden linear polarisierten Wellenzug in zwei Komponenten zerlegt denken, die parallel und senkrecht zur Einfallsebene schwingen. Die parallel schwingenden Komponenten werden vollständig gebrochen. Die senkrecht schwingenden Komponenten dagegen werden nur zum Teil gebrochen. Der größte Teil wird reflektiert. (Der gebrochene Strahl muss deshalb bevorzugt in der Einfallsebene schwingen, was auch tatsächlich der Fall ist.) Linear polarisiertes Licht kann man demnach durch Reflexion an durchsichtigen Körpern erhalten.
Bei der Reflexion an Metallspiegeln dagegen tritt keine Trennung der Polarisationsrichtungen auf, sodass man auf diese Weise auch kein linear polarisiertes Licht zu erzeugen vermag.
