Polarisation und optische Aktivität Entstehung polarisiertes Licht

08.06.2015
Polarisation und optische
Aktivität
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Entstehung polarisiertes Licht
•Streuung und Brechung einer Lichtwelle
•Reflexion einer Lichtwelle
•Emission durch eine polarisierte Quelle
– z.B. einen schwingenden Dipol
•Absorption durch einen Polarisationsfilter
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Polarisiertes Licht
Ist Licht eine transversale oder eine
longitudinale Welle ???
Mit Hilfe von Polarisation kann man
transversale Wellen nachweisen
Polarisierte sichtbare Strahlung erhält man,
wenn man Strahlung durch Medien
passieren lässt, die selektiv in einer Ebene
schwingende Strahlung absorbieren,
reflektieren oder brechen.
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Die Polarisationsebene
Welle
Polarisationsebene
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Die Polarisationsebene
Polarisationsebene
Welle
Polarisationsebene
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Unpolarisierte Strahlung
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Polarisator
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Analysator
Polarisator
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Erzeugung
linear polarisierten Lichts
• Dichroismus:
– einfachste Methode
– Polarisationsfilter
• Doppelbrechung:
– Nicol´sches Prisma (Kalkspat-Kristalle)
• Reflexion:
– Brewsterwinkel (gebrochener Strahl &
reflektierter Strahl bilden einen rechten Winkel)
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Polarisationsfilter
•Erzeugung von linear polarisiertem Licht
•(Polarisator / Analysator)
– Licht parallel zu Polarisationsebene wird
transmittiert
– Licht senkrecht zu Polarisationsebene wird
absorbiert
z.B. Polaroidfilter im sichtbaren Bereich
•weitgehend wellenlängenunabhängig
•besteht aus bearbeiteten Kunststofffolien
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Nicolsches Prisma
•als Polarisator bzw. Analysator
•aus geschliffenen Kalkspat-Rhomboedern
•entlang einer Diagonalen zersägt und mit Kitt wieder zusammengefügt
•mit n < no
•n ... Brechzahl des Kitts, no ... Brechzahl von Kalkspat
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Wie kann man nun Polarisation
nachweisen
Man nimmt 2 Polarisationsfilter gekreuzt; der
eine heißt Polarisator der andere
Analysator
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Linear polarisierte Strahlung
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Zirkular polarisierte Strahlung
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Polarisation durch Streuung
Das in Richtung
abgestrahlte Licht schwingt
nur in der Ebene
Die suspendierten Teilchen
werden zu Schwingungen in
der Ebene angeregt
Lichtquelle für
natürliches Licht
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Polarisation durch Reflexion am Dielektrikum
Einfallender
Strahl
Reflektierter
Strahl
αB
αB
90°
90° − α B
Ins Medium
gebrochener
Strahl
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Polarisation durch Reflexion am Wasser
Einfallender
Strahl
Reflektierter
Strahl
53°
53°
90°
37°
Ins Medium
gebrochener
Strahl
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Anisotrope Medien: Doppelbrechung im Kristall
• Kalkspatkristall mit rhomboedrischer Form:
– Optische Achse (3-zählige Symmetrie)
– drei senkrecht dazu liegende 2-zählige Achsen (eine
ist als waagrechte Linie eingezeichnet)
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Die optische Achse
• Achse höchster Symmetrie
• Strahlt Licht in dieser Richtung ein, dann ist die
Lichtgeschwindigkeit für alle
Polarisationsrichtungen konstant
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Einfall außerhalb der optischen Achse: Doppelbrechung
Außerordentlicher
Strahl
Ordentlicher
Strahl
Trotz Einfalls senkrecht zur Oberfläche,
aber schräg zur optischen Achse, wird
der a.o. Strahl gebrochen. Im Kalkspat
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gilt cao=1,116c0
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Kalkspat
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Optische Aktivität
Drehung der Polarisationsebene
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Optische Aktivität: „Linksdrehende Lösung“
Drehwinkel
Polarisator
d
Stellung des
Analysators für
maximale Intensität
Lichtquelle für
natürliches Licht
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Spannungsdoppelbrechung
äußerer Druck / Zug in
Festkörpern
Doppelbrechung durch
innere Verspannung
My Auslöschung ohne
Verspannung
Mx
s
HorizontalPolarisator
Werkstück
(verspannt)
gekreuzter
Analysator
• Wichtige Methode zur Untersuchung der Qualität von Werkstücken
• Abhilfe gegen Verspannungen → Windschutzscheibe, Luster,
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Gebissmodell
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Anwendungen
• Medizin: viele Arzneistoffe sind optisch aktiv;
Messung der spezifischen Drehung dient der
Identifizierung, Gehaltsbestimmung und
Reinheitskontrolle der spez. Drehwert ist eine
charakteristische Größe im Arzneibuch
• Zuckergehalt im Urin
• TFT Monitore
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