Physik - Kaleidoskop

Polarisation 356
Polarisation elektromagnetischer Wellen
Elektromagnetische Strahlung (Licht, Radiowellen usw.) ist meist eine
Transversalwelle mit jeweils rechten Winkeln zwischen dem
Wellenvektor , der in Ausbreitungsrichtung zeigt, und den Vektoren
des elektrischen und magnetischen Feldes, bzw. . Es ist
willkürlich, ob als Polarisationsrichtung die Schwingungsrichtung des
elektrischen oder des magnetischen Feldes gewählt wird. Aus der Zeit,
als Licht noch als mechanische Schwingung des hypothetischen Äthers
erklärt wurde, stammt eine Festlegung für die Bezeichnungen der
beiden Polarisationsrichtungen, die sich später als die
Schwingungsrichtung des magnetischen Feldvektors herausstellte. [1]
Da die meisten Wechselwirkungen elektromagnetischer Strahlung mit
Materie allerdings elektrischer Natur sind, wird die
Polarisationsrichtung heute meist auf den elektrischen Feldvektor
bezogen.
Wenn die Welle gebrochen, reflektiert oder gestreut wird, ist die
Bezeichnung der Richtung linearer Polarisation
elektromagnetischer Wellen bei Vorgängen mit
Richtungsänderung des Lichtstrahls (hier
Reflexion an einem Spiegel): Parallele
Polarisation bedeutet, dass die elektrische
Komponente in der Einfallsebene schwingt.
Bezugsebene für die Bezeichnungen parallel und senkrecht jene Ebene, in der ein- und auslaufende Welle liegen.
Bei Funkwellen mit Bezug auf die Erdoberfläche heißen die Komponenten horizontal bzw. vertikal.
Man spricht bei Reflexion von TM-polarisiertem Licht, wenn die Schwingungsebene des magnetischen Feldes
senkrecht zu der durch Einfallsvektor und Flächennormale aufgespannten Ebene liegt (TM = transversal magnetisch;
man spricht hierbei auch von parallel-, p- oder π-polarisiertem Licht), und von TE-polarisiertem Licht, wenn das
elektrische Feld senkrecht auf dieser Ebene steht (TE = transversal elektrisch; man spricht hierbei auch von
senkrecht-, s- oder σ-polarisiertem Licht). In Richtung des Brewster-Winkels wird TM-polarisiertes Licht verstärkt
in das Medium gebrochen anstatt reflektiert, das heißt, auch für unpolarisiertes einfallendes Licht ist das beim
Brewster-Winkel ausfallende Licht immer TE-polarisiert. Beide Begriffe sind nur im Zusammenhang mit der
reflektierenden Fläche definiert.
Für die Erzeugung und Analyse von polarisierten elektromagnetischen Wellen siehe Polarisator und Polarisation
(Antennen).
Unpolarisiertes und polarisiertes Licht in der Natur
Das meiste in der Natur vorkommende Licht ist als thermische Strahlung zunächst unpolarisiert. Durch Reflexion
oder Streuung entsteht daraus teilpolarisiertes Licht.
Schräge Reflexion an Grenzflächen, z. B. an einer Wasseroberfläche, trennt Licht teilweise nach seiner
Polarisationsrichtung auf. Der in der Reflexionsebene polarisierte Anteil dringt eher ein, der dazu senkrechte Anteil
wird eher reflektiert. Für die quantitative Abhängigkeit vom Einfallswinkel siehe Fresnelsche Formeln.
Das blaue Licht des Himmels ist von Molekülen und statistischen Dichteschwankungen der Luft gestreutes
Sonnenlicht. Die Luft wird durch die einfallende Welle elektrisch polarisiert, in zufällige Richtungen senkrecht zur
Einfallsrichtung. Streulicht in Richtungen dieser Schwingungsebene (Streuwinkel 90°) schwingt in eben dieser
Ebene, ist also vollständig polarisiert. Für die Abhängigkeit vom Streuwinkel siehe Rayleighstreuung.