Die Polarisation von Licht spielt in vielen optischen Anwendungen eine wichtige Rolle. Während die meisten optischen Systeme sich auf die Wellenlänge und Lichtintensität konzentrieren, wird die Polarisation oft vernachlässigt. Doch die Polarisation ist eine entscheidende Eigenschaft des Lichts, die sich auf optische Systeme auswirkt, auch wenn sie nicht explizit gemessen wird. Sie beeinflusst den Fokus von Laserstrahlen, die Grenzwellenlängen von Filtern und kann unerwünschte Rückstrahlungen verhindern. Die Polarisation spielt auch eine wichtige Rolle bei Spannungsanalysen in Glas oder Kunststoff, pharmazeutischen Wirkstoffanalysen und biologischer Mikroskopie. Sie wird auch für LCD-Bildschirme, 3D-Filme und Sonnenbrillen mit Blendschutz verwendet.
Was ist Polarisation?
Licht ist eine elektromagnetische Welle, deren elektrisches Feld senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt. Wenn die Richtung des elektrischen Felds klar definiert ist, handelt es sich um polarisiertes Licht. Es gibt drei Typen von polarisiertem Licht: lineare Polarisation, zirkulare Polarisation und elliptische Polarisation.
- Bei der linearen Polarisation ist das elektrische Feld des Lichts auf eine einzelne Ebene in der Ausbreitungsrichtung beschränkt.
- Bei der zirkularen Polarisation besteht das elektrische Feld des Lichts aus zwei orthogonalen linearen Komponenten gleicher Amplitude mit einem Phasenunterschied von π/2. Es kann links- oder rechtszirkulares polarisiertes Licht sein.
- Bei der elliptischen Polarisation beschreibt das elektrische Feld des Lichts eine Ellipse. Sie entsteht durch die Kombination von zwei linearen Komponenten mit unterschiedlichen Amplituden und/oder einem Phasenunterschied ungleich π/2. Zirkulare und lineare Polarisation sind spezielle Fälle der elliptischen Polarisation.
Die beiden linearen Polarisationen, die für Reflexion und Transmission von besonderer Bedeutung sind, werden als p- und s-Polarisation bezeichnet. P-polarisiertes Licht hat ein elektrisches Feld, das parallel zur Einfallsebene polarisiert ist, während s-polarisiertes Licht senkrecht dazu polarisiert ist.
Beeinflussung der Polarisation
Um eine bestimmte Polarisation des Lichts auszuwählen, werden Polarisatoren verwendet. Es gibt verschiedene Arten von Polarisatoren, wie reflektierende Polarisatoren, dichroitische Polarisatoren und doppelbrechende Polarisatoren.
- Reflektierende Polarisatoren lassen die gewünschte Polarisation durch und reflektieren den Rest. Ein Beispiel dafür sind Wire-Grid-Polarisatoren.
- Dichroitische Polarisatoren absorbieren eine bestimmte Polarisation des Lichts und lassen den Rest durch.
- Doppelbrechende Polarisatoren nutzen die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Polarisation des Lichts und brechen verschiedene Polarisationen bei unterschiedlichen Winkeln.
Eine Verzögerungsplatte ändert die Polarisation des Lichts, ohne den Strahl abzuschwächen, abzulenken oder zu versetzen. Sie kann zum Drehen einer linearen Polarisation oder zum Umwandeln von linear polarisiertem Licht in zirkular polarisiertes Licht oder umgekehrt verwendet werden.
Anwendungen
Die Steuerung der Polarisation kann in vielen Bildverarbeitungsanwendungen von Vorteil sein. Polarisatoren werden eingesetzt, um Glanzeffekte zu beseitigen, den Kontrast zu erhöhen und Lichtflecke von reflektierenden Objekten zu entfernen. Dadurch werden intensivere Farben oder mehr Kontrast erzielt und Oberflächenfehler oder sonst verborgene Strukturen besser erkennbar.
- Durch den Einsatz von Polarisatoren vor dem Objektiv eines Bildverarbeitungssystems können Glanzeffekte verringert werden, um Objektdetails deutlich sichtbar zu machen.
- Polarisatoren können reflektierendes Licht blockieren und so intensive Lichtflecke reduzieren oder ganz eliminieren.
- In der Chemieindustrie, Pharmaindustrie und Nahrungs- und Genussmittelindustrie werden Polarisatoren eingesetzt, um die chemische Zusammensetzung von Verbindungen zu ermitteln.
- Polarisationsmikroskopie, zum Beispiel mit einem polarisierten Lichtmikroskop, ermöglicht die Analyse von Materialstrukturen und die Messung von Spannungen.
Die Kenntnis und gezielte Beeinflussung der Polarisation ist in vielen optischen Anwendungen unverzichtbar. Dafür werden Polarisatoren und Verzögerungsplatten eingesetzt. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Verbesserung von Bildverarbeitungsanwendungen, der Spannungsauswertung, der Ermittlung der chemischen Zusammensetzung und der Polarisationsmikroskopie. Durch den gezielten Einsatz von Polarisationsfiltern können Glanzeffekte reduziert, Kontraste verbessert und Farbeffekte erzielt werden.
