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 Das Phänomen der Polarisation von Licht beruht auf seinem Wellencharakter. Licht ist eine elektromagnetische Transversalwelle, d.h., die elektrischen bzw. magnetischen Felder schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Das kann beispielsweise, wie in nebenstehender Abbildung dargestellt, vertikal sein. Wenn man von unpolarisiertem Licht spricht (z.B. Tageslicht), so heißt das, dass ein Gemisch aus elektromagnetischen Wellen mit vielen verschiedenen Polarisationsrichtungen vorliegt. Ein Polarisator filtert nun genau die Anteile des Lichtes heraus, deren E-Vektor parallel zur Filterachse des Polarisators schwingt. Liegt zum Beispiel eine einzelne elektromagnetische Welle 45° zur Filterrichtung eines idealen Polarisators, so würde diesen auf der anderen Seite eine elektromagnetische Welle verlassen, deren Schwingungsrichtung parallel zur Filterrichtung (Polarisationsachse) liegt und die 50% der Intensität des einfallenden Lichtes hat. Liegt sie dagegen in einem Winkel von 90° zur Polarisationsachse, kommt kein Licht mehr hindurch. Bei einem Winkel von 0° würde die Welle hingegen den Polarisator ungehindert passieren.
Analog wird bei Einstrahlung von natürlichem (unpolarisierten) Licht, Licht mit der Polarisationsrichtung parallel zur Filterrichtung des Polarisators mit einer Intensität von 50% transmittiert. Reale Polarisatoren allerdings können weder vollständig polarisieren, da immer ein Rest der eigentlich unterdrückten Schwingungsrichtung transmittiert wird, noch wird der durchgelassene Anteil verlustfrei transmittiert. Daher sind die Angaben zu Kontrast (Verhältnis von durchgelassener zu unterdrückter Polarisationsrichtung bei Einstrahlung von unpolarisiertem Licht) und Transmission (Verhältnis von parallel zur Filterrichtung polarisiertem eingestrahlten Licht, zu transmittiertem Licht) wichtige Kennwerte für Polarisatoren. Das Phänomen der Polarisation ist nicht auf den sichtbaren Spektralbereich (für das menschliche Auge sichtbares Licht - Regenbogenspektrum) beschränkt, sondern tritt im gesamten elektromagnetischen Spektrum, also auch im infraroten (IR) und ultravioletten (UV) Spektralbereich auf. Zu jeder der vielfältigen technischen Nutzmöglichkeiten ist ein Polarisator für den jeweils benötigten Wellenlängenbereich notwendig. Zu den optischen Parametern wie Polarisationsgrad bzw. Kontrast und Transmission kommen noch Anforderungen an geometrische Abmessungen, Widerstandsfähigkeit und Lebensdauer. Nanopartikel: Wie wirken sie?
Sphärische Nanopartikel (Kolloide) eines mittleren Durchmessers von ca. 20 nm aus Silber, eingebettet in Natrium-Silikat-Glas, absorbieren Licht bei einer Wellenlänge von ca. 410 nm. Die Bandenform entspricht etwa einer Lorentz-Verteilung. Die exakte Form und Lage hängt von verschiedenen Faktoren ab:
Eine Polarisation findet nicht statt.
Anders verhält es sich, wenn die Kolloide die Form von Rotationsellipsoiden annehmen. Dann bestimmt zusätzlich das Halbachsenverhältnis die Lage der Absorptionsbande und zwar in unterschiedlicher Weise für unterschiedliche Lagen der Schwingungsrichtungen in Bezug zu den Halbachsen , d.h., das Licht wird polarisationsrichtungsabhängig gefiltert. Dabei verschiebt sich die Absorptionsbande für Licht, das parallel zur kurzen Halbachse polarisiert ist, mit zunehmendem Halbachsenverhältnis in Richtung kürzerer Wellenlängen (UV-Bereich), für die orthogonale Polarisationsrichtung verschiebt sie sich entsprechend zu langen Wellenlängen bis ins Infrarot. Wenn Kolloide mit verschiedenen Halbachsenverhältnissen im Glas eingebettet sind, so überlagern sich Banden unterschiedlicher Lage. Es kommt praktisch zu einer Verbreiterung der Absorptionsbanden. Die Form dieser Absorptionsbande wird durch die Verteilungskurve der Halbachsenverhältnisse der Rotationsellipsoide bestimmt. |
