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Polarisation und optische Aktivität
Die Polarisationsebene
Polarisationsebene
Dipol
Die Polarisationsebene
Polarisationsebene des E-FeldesDipol
Polarisationsebene des B-Feldes
Unpolarisierte Strahlung
Polarisator
Polarisatoren
• Kristalle, „Nicolsches Prisma“
• Folien mit Vorzugsorientierung
Linear polarisierte Strahlung
Zirkular polarisierte Strahlung
Elliptisch polarisierte Strahlung
Polarisation durch Streuung
Lichtquelle für natürliches Licht
Das in Richtung abgestrahlte Licht schwingt nur in der Ebene
Die suspendierten Teilchen werden zu Schwingungen in der Ebene angeregt
Polarisation durch Reflexion am Dielektrikum
Reflektierter Strahl
Ins Medium gebrochener
Strahl
Einfallender Strahl
BB
B90
90
Polarisation durch Reflexion am Dielektrikum
Reflektierter Strahl
Ins Medium gebrochener
Strahl
Einfallender Strahl
90
Polarisation in dem von einem Dielektrikum reflektierten Licht: Der Brewster Winkel
Das Brechungsgesetz
Speziell: Winkel 90° zwischen reflektiertem und gebrochenen Strahl
Bedingung für den Brewster Winkel
1
2
sin
sin
n
n
1)90sin(
sin 2n
B
B
nB tan
Brewster Winkel an Wasser
Bedingung für den Brewster Winkel, im Wasser gilt n=1,33
Brewster Winkel im Wasser zwischen dem einfallenden Strahl und dem Einfallslot
Winkel zwischen dem ins Wasser gebrochen Strahl und dem Einfallslot
nB tan
06,53B
94,3690 B
Polarisation durch Reflexion am Wasser
Reflektierter Strahl
Ins Medium gebrochener
Strahl
Einfallender Strahl
90
53
37
53
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)
Die optische Achse
• Achse höchster Symmetrie• Strahlt Licht in dieser Richtung ein, dann ist die
Lichtgeschwindigkeit für alle Polarisationsrichtungen konstant
Licht in Richtung der optischen Achse
Jede Polarisationsrichtung ist ein ordentlicher Strahl
Licht nicht in Richtung der optischen Achse
• Strahlt Licht nicht in Richtung der optischen Achse ein, dann hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit von der Polarisationsrichtung ab:
• „Ordentliches Licht“: Licht mit elektrischem Feldvektor senkrecht zur optischen Achse, Geschwindigkeit co
• „Außerordentliches Licht“: Licht mit elektrischem Feldvektor in Richtung der optischen Achse, Geschwindigkeit cao
Einfall außerhalb der optischen Achse: DoppelbrechungOrdentlicher Strahl
Außerordentlicher Strahl
Trotz Einfalls senkrecht zur Oberfläche, aber schräg zur optischen Achse, wird der a.o. Strahl gebrochen. Im Kalkspat
gilt cao=1,116c0
Speziell: Einfall auf Fläche parallel zur optischen AchseOrdentlicher Strahl
Außerordentlicher Strahl
Einfall senkrecht zur Oberfläche, die parallel zur
optischen Achse stehe
Spezielle Dicke: „Lambda-Viertel“ PlättchenOrdentlicher Strahl
Außerordentlicher Strahl
Einfall senkrecht zur Oberfläche, die parallel zur
optischen Achse stehe
4/
Erzeugt zirkular polarisiertes Licht
DichroismusOrdentlicher Strahl
Außerordentlicher Strahl
Einfall senkrecht zur Oberfläche, die parallel zur optischen Achse steht, Turmalin absorbiert den a.o.Strahl
nach 1 mm
Optische Aktivität
• Voraussetzung: Chirale Baugruppen
Optische Aktivität: „Linksdrehende Lösung“
Lichtquelle für natürliches Licht
Polarisator
Stellung des Analysators für maximale Intensität
Drehwinkel
d
Drehwinkel der Polarisation
1 degDrehwinkel der Polarisationsebene
1 g/cm3 Konzentration: Masse des gelösten Stoffs in g/ Volumen des Lösungsmittels in cm3
1 dm (!)Weg in der Küvette oder im Material, in Dezimetern (!)
Spezifische Drehung
dC 0
V
mC
d
0 dmg
cmdeg1
3
Beispiele zum Drehwinkel der Polarisation
120 C6H12O6 Lösung
18Festkörper: Quarz, für Rotlicht
deg d in mm
dmg
cmdeg1
3
mm
deg 1
dC 0
Beachten Sie die in der Praxis eingeführten Einheiten
Zusammenfassung• Polarisiertes Licht
– Linear– Zirkular– Elliptisch
• Optisch anisotrope Kristalle: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts ist abhängig von– Polarisation– Richtung des Lichtwegs
• Tritt polarisiertes Licht durch ein Medium mit chiralen Baugruppen, dann dreht sich die Polarisationebene in Richtung des Drehsinns der Baugruppe (optische Aktivität)
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