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)