Polarisation_von_Licht

advertisement
Polarisation von Licht – eine
klassische und quantenphysikalische
Betrachtungsweise
Licht als elektromagnetische Welle

Licht kann im Wellenmodell als eine transversale
elektromagnetische Welle dargestellt werden.
Linear polarisiertes Licht (klassisch)

Ist die Orientierung des elektrischen Feldes konstant,
so bezeichnet man die elektromagnetische Welle als
linear polarisiert.
Entstehung von linear polarisierten
Licht (klassisch)
Grundlagen:
 Elektronen der Atome bzw. Moleküle werden durch die
elektromagnetischen Wellen in Schwingung versetzt
 Anregungsfrequenz = Resonanzfrequent => angeregter Zustand
 oberhalb oder unterhalb der Resonanzfrequenz => verhalten sich
Elektronen wie oszillierende elektrische Dipole
Entstehung von linear polarisierten
Licht (klassisch)
Polarisationsfilter besteht aus einer Plastikfolie
 Kohlenwasserstoffketten in eine Richtung gestreckt
=> Starke Ausrichtung der Moleküle.

?
Polarisation durch Streuung
Polarisiertes Himmelslicht
Polarisation durch Reflexion
Zirkular polarisiertes Licht


Kann man sich als
Überlagerung von zwei
zueinander senkrecht und um
pi/2 phasenverschobene, linear
polarisierte Wellen, mit gleicher
Ausbreitungsrichtung,
Amplitude und Frequenz
vorstellen.
Richtung des elektrischen und
magnetischen Feldes rotiert um
die Ausbreitungsrichtung.
Doppelbrechung



An optisch isotropen Medien
wird Licht nach dem
Snellius‘schen Brechungsgesetz
gebrochen
Licht wird dabei vom dichteren
Medium abgebremst
1669 entdeckte Erasmus
Bartholin Doppelbrechung an
einem Calcit
Doppelbrechung




Doppelbrechung findet an optisch anisotropen Medien statt
Entlang der optischen Achse ist Lichtgeschwindigkeit für alle
Polarisationsrichtungen gleich
Senkrecht zur Ebene, aus optischer Achse und Einfallsrichtung,
polarisiertes Licht gehorcht Snellius‘schen Brechungsgesetz
In dieser Ebene polarisiertes Licht wird zusätzlich gebrochen
Doppelbrechung




Rückstellkräfte der Elektronen
im Kristallgitter haben Einfluss
auf die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Lichtwelle
Ordentlicher Strahl in Form
von Kugelwellen
Außerordentlicher Strahl in
Form von Rotationsellipsoiden
Optisch negativer – optisch
positiver Kristall
Doppelbrechung




Es entstehen zwei parallele, linear polarisierte Lichtstrahlen
Nicol‘sche Prisma -> spezielle Anordnung von 2
doppelbrechenden Kristallen dient zur Gewinnung von linear
polarisiertem Licht
Doppelbrechung durch mechanische Spannung, elektrische
oder magnetische Felder
Video zu Doppelbrechung mit Polarisationsfilter
Polarisiertes Licht quantenmechanisch
beschreiben
Ausgangslage:
 sehr viele experimentellen Befunde können
auch mit der klassischen Elektrodynamik
verstanden werden.
 klassische und Quantentheorie sind
miteinander vereinbar.
=>Polarisationsexperimente im Rahmen der
Quantentheorie beschreiben
Polarisiertes Licht quantenmechanisch
beschreiben
Wie stellt man einen linear polarisierten Lichtstrahl
her?
Versuchsanordnung:
a


Sind die Photonen nach dem Polarisator a auch
wirklich in Richtung von a polarisiert?
Wie könnte man das herausfinden?
Polarisiertes Licht quantenmechanisch
beschreiben
Versuchsanordnung:
a
b
a
b




Intensität wird gemessen
nach dem ersten Polarisationsfilter: Photonen gleich
polarisiert
nach dem zweiten Polarisationsfilter (Analysator):
Photonen verhalten sich identisch.
Kann man nun sagen, dass sich ein einzelnes
Photon auch identisch verhält?
Polarisiertes Licht quantenmechanisch
beschreiben
Wie verhalten sich die Photonen wenn sie auf einen zweiten
Polarisationsfilter (Analysator) treffen, der schräg gestellt ist?
Versuchsanordnung:
a
b
Ergebnis: Die Intensität nimmt ab.
 Annahme: Aufspaltung in zwei neue Photonen
=> Anzahl gleich
=> Energie im Mittel gleich
=> Fequenz müsste sich geändert haben

Polarisiertes Licht quantenmechanisch
beschreiben




Messungen zeigen, dass sich die Frequenz nicht
geändert hat.
Jedes Photon hat nach dem Durchdringen des
Polarisators genau dieselbe Energie wie vorher.
Ein Teil absorbiert, der andere Teil durchgelassen
????!!!!!!
Was bedeutet das für den Zustand des Photons vor
dem Analysator
Polarisiertes Licht quantenmechanisch
beschreiben



die identisch präparierten Photonen in dem
durch den Polarisator a hergestellten
Zustand benehmen sich nicht gleich.
Teilchen benehmen sich nur dann identisch,
wenn nach ihrer Identität gefragt wird,
Eine Messung verändert immer den Zustand,
wenn man nicht gerade nach dem Zustand
testet.
Wie kommen wir an die
Wahrscheinlichkeiten, die Vorhersagen
der QM heran?

Herleitung
Herunterladen