Polarisation

Funktion und Anwendung

Licht kann als eine transverse elektromagnetische Welle, die transversal zur Ausbreitungsrichtung schwingt, beschrieben werden. In der Regel wird nur die Ausbreitungsrichtung und der elektrische Feldvektor beschrieben, da der magnetische Feldvektor daraus abgeleitet werden kann. Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung sind Schwingungen in alle Richtungen des Raums möglich.

Ändert sich die Richtung der Transversalwelle schnell und ungeordnet, handelt es sich um unpolarisiertes Licht.

Polarisiertes Licht schwingt nur in einer Ebene und linear polarisiertes Licht nur in einer bestimmten Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Von beliebigen Lichtquellen (Sonne, Feuer, Lampe usw.) erzeugtes Licht breitet sich als unpolarisiertes Licht aus. Reflexion oder Brechung an Oberflächen oder kleinen Partikeln in der Luft verändert die Lichtwellen zusätzlich, sodass ein spezieller Polarisator notwendig ist, wenn polarisiertes Licht benötigt wird.


Anwendungsgebiete von Polarisatoren

Polarisatoren finden sich vielerorts in der modernen Welt. Manchmal sitzen sie dem Anwender in einer 3-D-Brille auf der Nase, werden von jedem Smartphone-Besitzer durch die Gegend getragen, liegen im Boden mit Glasfaserkabeln vergraben oder fliegen in einer Sonde durch das Weltall.

Fotografen nutzen zirkulare Polarisationsfilter*, um Reflexionen spiegelnder Oberflächen weitestgehend zu reduzieren und den Kontrast erhöhen. Da Reflexionen an fast allen Oberflächen und in der Luft durch kleinste Teilchen auftreten, können mit Polarisationsfiltern Pflanzer grüner, der Himmel blauer erscheinen und unter Wasser liegendes sichtbar werden. Farben werden tiefer und Bilder dadurch dramatischer. Von den nebenstehenden Bildern wurde A ohne und B mit Polarisationsfilter gemacht. Die Unterschiede sind deutlich erkennbar.

colorPol® Polarisatoren sind für Anwendungen mit besonderen Ansprüchen an Kontrast, Transmission, Genauigkeit der Polarisationsachse oder für Anwendungen im ultravioletten und infraroten Spektralbereich optimiert. Zu den Anwendungen zählen unter anderem:

  • Wavelength Selectable Switch -WSS
  • Medizintechnik (Zahntechnik, Endoskopie uvm.)
  • Laboreinsatz (u.a. Spektroskopie, Mikroskopie)
  • Optische Kommunikation (Optischer Isolator, Polarisationsregelung für PMD's)
  • Industrielle Messtechnik (Polarimeter, Ellipsometer, optische Lichtschranken, Lichttaster uvm.)
  • und viele mehr.

 

*Ein zirkularer Polarisationsfilter besteht aus einem linearen Polarisationsfilter und einem λ/4-Plättchen.

 

Aufnahme mit vielen Reflexionen ohne Polfilter und Aufnahme mit wenigen Reflexionen mit Polarisationsfilter

Funktionsweise von colorPol® Polarisatoren

Aufbau des colorPol® Polarisators

colorPol® Polarisatoren bestehen aus Natriumsilikat-Glas von nur 0,2 bis 0,5 mm Dicke und Silbernanopartikeln. Diese Partikel sind in der Nähe der beiden Oberflächen im Glas eingebettet und somit vor Umwelteinflüssen geschützt. Je nach Polarisator ist die Schicht der Silberpartikel bis zu 10 µm dick.

 

Silbernanopartikel in Oberflächennähe

Die besondere Fertigungstechnik von CODIXX erlaubt es, die Größe, Dichte und Orientierung der Nanopartikel genau zu bestimmen. Durch die zeppelinförmige Gestalt entstehen eine lange und kurze Achse, die für die Polarisationseigenschaften benötigt werden. Abhängig von der Wellenlänge absorbieren sie alle Transversalwellen des Lichts und lassen nur die entlang der Symmetrieachsen passieren.

Alle Nanopartikel sind absolut parallel angeordnet für perfekt linear polarisiertes Licht.

 

Einzelne ellipsoide Nanopartikel mit Symmetrieachsen

colorPol® Polarisatoren funktionieren immer im ultravioletten, sichbaren und infraroten Spektrum des Lichts, sind jedoch in Transmission und Kontrast für einzelne Bereiche optimiert. Wichtig ist hierbei, im UV absorbiert die kurze Achse (blau) die kurzwelligen Lichtwellen und nur die Wellen entlang der langen Achse können passieren. Zwischen 420 nm und 450 nm erfolgt der Wechsel der Absorption zur langen Achse und es ist keine Polarisation möglich. Der Bereich kann leicht verschoben, jedoch nicht vollständig vermieden werden.

Ab 450 nm übernimmt die lange Symmetrieachse (rot) die Absorption. Dieser Wechsel ist der Grund für unterschiedliche Polarisationsachsen im UV und VIS-IR Bereich von colorPol® Polarisatoren, besonders auffällig bei dem colorPol® Laserline Nd:YAG BC4 für 355 nm, 532 nm und 1.064 nm.

 

Eine weiterführende, ausführliche Beschreibung des Funktionsprinzipes von Polarisation und colorPol® Polarisatoren finden Sie in unserer Veröffentlichung:
How colorPol® polarizers work