Polarization

00:01 Wenn wir die Lichtwelle, über die wir gerade gesprochen haben, frontal betrachten, uns also beispielsweise vorstellen, dass diese Lichtwelle direkt auf uns zukommt, dann können wir die elektrische und die magnetische Feldkomponente getrennt betrachten.

00:12 Während sich die Welle auf uns zubewegt könnten wir beide Komponenten senkrecht zueinander schwingen sehen.

00:18 Konzentrieren wir uns zunächst nur auf die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes und schauen uns das elektrische Feld während seiner Schwingung genauer an.

00:24 Sichtbar ist ein periodisches Auf- und Abschwingen des elektrischen Feldes, induziert durch die Schwingung des Photons.

00:30 Mit Photonen werden wir uns später genauer auseinandersetzen.

00:34 In diesem speziellen Fall sprechen wir von linear polarisiertem Licht, da sich das elektrische Feld nur in einer Ebene bewegt.

00:45 Es schwingt nur in einer bestimmten Schwingungsrichtung auf und ab und nicht von einer Seite zur anderen.

00:50 In diesem Fall gibt es nur ein einziges elektrisches Feld.

00:52 Es handelt sich um linear polarisiertes Licht. Dies entspricht jedoch selten der Realität, denn normalerweise gibt es viele verschiedene elektrische Feldkomponenten oder anders gesagt viele verschiedene Polarisationen, die zusammenwirken.

00:59 Das elektrische Feld schwingt dann in vielen verschiedenen Richtungen und wir haben eine kompliziertere elektromagnetische Welle.

01:07 Es gibt weitere Arten der Polarisierung.

01:10 Die gesamte Polarisation für Licht als Welle wäre die Summe aller möglichen Feldkomponenten, also aller Schwingungsrichtungen.

01:17 Wir können also elektrische Felder in verschiedenen Ebenen haben und das Licht verläuft trotzdem geradeaus.

01:24 Von Bedeutung ist demnach die Nettosumme der Vektoren der verschiedenen elektrischen Feldkomponenten.

01:30 Mit diesem Wissen können wir etwas Interessantes tun.

01:33 Nehmen wir an, wir haben nur zwei Komponenten, nicht viele, aber auch nicht nur eine einzige, wie im ersten Beispiel, sondern eben zwei Komponenten.

01:39 Sie stehen senkrecht zueinander.

01:42 Wir könnten uns fragen, ob diese beiden elektrischen Felder phasenverschoben zueinander schwingen.

01:49 Also ob die Felder anstatt im gleichen Takt zu auf und ab zu schwingen, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten schwingen.

01:58 Sie wären in diesem Fall phasenverschoben. Schauen wir mal, was dann passieren würde.

02:01 Wir haben zwei Feldkomponenten.

02:04 Die vertikale zeichne ich hier in Grün ein.

02:07 Die andere verläuft horizontal. Ich zeichne sie in Blau.

02:11 Da sie phasenverschoben sind, legen wir fest, dass die blaue, horizontale Komponente sich zu Beginn am Nullpunkt befindet, diesen also gerade kreuzt.

02:19 Im Gegensatz dazu befindet sich die grüne, vertikale Komponente zur gleichen Zeit auf ihrem Höchstwert.

02:24 Nun können wir das gesamte elektrische Feld verfolgen, indem wir den blauen und den grünen Vektor addieren.

02:31 Zur Veranschaulichung verwenden wir diesen roten Punkt, der die Addition der beiden Vektoren darstellt.

02:38 Beginnen wir damit, die grüne Feldkomponente langsam schrumpfen zu lassen, während sie nach unten und dann nach oben schwingt.

02:44 Gerade verläuft sie abwärts.

02:45 Wir haben festgelegt, dass das blaue Feld durch den Nullpunkt verläuft.

02:47 Es kreuzt also den Nullpunkt und steigt dann weiter an.

02:50 Beachten Sie, was mit dem roten Punkt passiert ist, also mit der Summe beider Vektoren.

02:55 Das gesamte elektrische Feld wird durch diese rote Linie dargestellt, die in dem roten Punkt endet.

02:59 Es ist leicht verschoben und hat sich ein wenig um diesen roten Kreis gedreht.

03:04 So könnte das weiter verlaufen.

03:05 Das blaue Feld ist jetzt am Maximum angekommen, wohingegen das grüne nun den Nullpunkt kreuzt. Der rote Punkt befindet sich mittlerweile auf der Seite.

03:15 Er hat sich um ein ganzes Viertel gedreht. Wenn wir so weitermachen, wird sich das fortsetzen.

03:20 Das blaue Feld schwingt weiterhin horizontal, das grüne weiterhin vertikal.

03:25 Die Vektorsumme beziehungsweise das gesamte elektrische Feld, zusammengesetzt aus beiden Komponenten, wird sich drehen, während beide in ihren unabhängigen Richtungen schwingen.

03:33 Wir bezeichnen dies als zirkular polarisierte Licht, da sich die Gesamtkomponente des elektrischen Feldes während der Vorwärtsbewegung der Welle auf einer Kreisbahn bewegt.

03:42 Das haben wir gerade sehen können.

03:48 Wie wir wissen sind Metalle gute Leiter, Elektronen können sich also frei bewegen.

03:53 Legen wir ein elektrisches Feld oder eine andere Kraft an, beispielsweise indem sich eine elektromagnetische Welle auf das Metall zubewegt, werden die Elektronen auf das elektrische Feld der Welle reagieren.

04:06 Das haben wir im Rahmen des Elektromagnetismus besprochen.

04:12 Sie werden beginnen, sich auf und ab zu bewegen.

04:14 Das bedeutet, dass dieses Metall die Energie aus elektromagnetischen Wellen gut aufnehmen kann.

04:19 Anders gesagt: Metall kann die Energie von Licht absorbieren und auch reflektieren, weil sich die Elektronen bewegen und somit auf die Welle reagieren können.

04:30 Aus diesem Grund glänzen Metalle, wenn Licht auf ihre Oberfläche trifft.

04:35 Induziert durch das elektrische Feld des Lichts, beginnen Elektronen auf der Oberfläche sich zu bewegen Wie ein Seil, das an etwas befestigt ist und von einer Oberfläche abprallt kann auch das Licht von Oberflächen zurückprallen, in denen sich Elektronen gut bewegen können.

04:50 Wir haben dann eine sehr reflektierende Oberfläche.

04:52 Dieser Effekt wird häufig genutzt, um Licht zu polarisieren.

04:56 Wir haben zunächst eine elektromagnetische Welle, deren elektrische Felder in vielen verschiedene Richtungen ausgerichtet sind.

05:03 Schicken wir diese durch einen Filter, in unserem Fall vertikal ein leitendes Material mit vielen kleinen Öffnungen, dann würden durch die zu Bewegung angeregten Elektronen im Metall Feldkomponenten bestimmter Schwingungsrichtungen absorbiert werden und schließlich nur noch eine Komponente des elektrischen Feldes übrig bleiben.

05:19 Auf diese Weise kann Licht polarisiert werden.

05:21 Nach Austritt aus dem Polarisationsfilter haben wir nur noch eine polarisierte Richtung des elektrischen Feldes, die Strahlen breiten sich jedoch weiterhin in die ursprüngliche Richtung aus.

05:29 In diesem Fall ist das Licht vertikal polarisiert.

05:33 Genauso kann Licht aber auch in jede andere Richtung polarisiert sein, zum Beispiel horizontal.

05:36 Tatsächlich wird dieser Effekt bei polarisierten Sonnenbrillen verwendet.

05:41 Wird das Licht von einer Oberfläche wie der Straße reflektiert, prallt es von dieser Oberfläche ab und gelangt in Ihre Augen.

05:48 Da die Oberfläche wie ein Leiter wirkt, wird das Licht durch die gerade beschriebene Reflexion polarisiert.

05:55 Das beispielsweise horizontal polarisierte Licht, das auf Ihre Augen trifft, könnte auf den vertikal polarisierten Filter Ihrer Sonnenbrille treffen, der Ihre Augen vor einer Blendung schützt.

06:05 Wie sie sehen, kann Polarisation in vielen praktischen Situationen genutzt werden.

06:07 Damit haben wir eine weitere Eigenschaften des Lichts als elektromagnetische Welle kennengelernt.

06:14 Die elektrische Komponente einer Lichtwelle kann sich drehen und linear oder zirkular polarisiert sein.

06:21 Im Folgenden werden wir noch weitere Betrachtungen des Lichts durchführen.

06:23 Bis dahin, danke fürs Zuhören.