P 31: Doppelt gemoppelt hält besser...

 2.11 Polarisieren macht alles bunt

 2.11.4  Polarisation und Doppelbrechung

  Ist ein brechendes Material (Quarz) nicht gleichmäßig aufgebaut ("anisotrop"", so kann sich Licht in utnerschiedliche Richtungen unterschiedlich ausbreiten.

Es gibt also zwei Lichtstrahlen, der eine richtet sich nach dem Brechungsgesetz. Den nennt man "ordentlicher Strahl" oS, der zweite verletzt das Brechungsgesetz, das ist der "außerordentliche Strahl" aS.

Wie diese Strahlen verlaufen, ob sie aufeinanderfallen, getrennt sind, sich überlagern usw., das hängt davon ab, unter welchem Winkel zur Kristallstruktur (optische Achse) man das Licht einfallen lässt.

Fällt das Licht parallel zur optischen Achse ein, so fallen oS und aS aufeinander. Man sieht nur einen Strahl.

Fällt das Licht senkrecht zur optischen Achse ein, so eilt der aS dem oS voraus. Macht man das Material dick genug, so entsteht ein Gangunterschied von λ/4 und aus aS und oS wird sich drehendes zirkular polarisiertes Licht. Man spricht dann von einer λ/4 - Platte. Sie sind Standardausrüstung in jedem Optiklabor.

(Hinweis: Diese Überlagerung zueinander senkrechter Schwingugnen kann im Abitur ein Thema sein. Deshalb gibt es eine Extraseite dazu).

Ich zeige den Fall, bei dem das Licht schräg zur optischen Achse einfällt. Dann verlaufen aS und oS getrennt und man sieht zwei Brechungsbilder, eben die Doppelbrechung.

Spannend ist, dass der ordentliche und der außerordentliche Strahl zueinander senkrecht polarisiert sind.

 Damit könnt ihr leicht entscheiden, ob ihr Doppelbilder wegen zu hohem Alkoholpegel oder wegen der Doppelbrechung seht: Durch zuviel Alkohol entstandene Doppelblider zeigen keine Polarisationseffekte!

aus: Vistnes,  "Physics of Oscillations and Waves", Springer   birefringent = doppelbrechend

aus leifiphysik: Punkte und Pfeile bezeichnen die Polarisationsrichtungen

wikicommon

Doppelbrechung an Kalkspat im SFN:

Mit einem Polarisationsfilter kann man ein Bild unterdrücken:

Drehen des Kristalls:

Wie oben gesagt, hängt das Phänomen davon ab, unter welchem Winkel man zur optischen Achse das Licht einfallen lässt. Deswegen ändert sich der Effekt, wenn man den Kristall dreht.

Das zeigt das folgende Video:

Drehen des Polarisationsfilters:

Nun blicken wir durch einen Polarisationsfilter. Der wird gedreht, dadurch sieht man mal das Bild vom oS und mal das Bild vom aS.

Optische Akltivität:

Manche Substanzen drehen auch die Polarisationsebenen. Wenn ihr die Zusatzseite Lissajousfiguren bearbeitet habt, könnt ihr das verstehen: 

Linear polarisiertes Licht kann man in linkszirkular und rechtszirkular polarisiertes Licht zerlegen (der elektrische Feldvektor macht dann entsprechende Kreisbewegungen). Besitzen beide Polarisationsformen unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten, so setzen sie sich hinterher zu einer neuen linear polarisierten Welle zusammen, deren Polarisationsrichtung aber gedreht wurde.

Schickt man linear polarisiertes Licht durch eine Lösung mit natürliche Zucker, so wird die Polarisationsrichtung immer nach rechts gedreht (in Ausbreitungsrichtung gesehen).

Synthetischer Zucker hat sowohl rechtsdrehende als auch linksdrehende Varianten.

Zum Schluss noch ein schönes zusammenfassendes Video:

 

Für ganz Neugierige:

In dem norwegischen Physiklehrbuch wird auch schön erklärt, wie aS und oS durch die Molekülstruktur entstehen. In der Bildunterschrift wird unter Polarisation das Ausrichten von ladungen verstanden.

Vistnes,  "Physics of Oscillations and Waves", Springer