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Polarisation

Die Polarisation ist eine Eigenschaft, die für Transversalwellen gilt und die geometrische Ausrichtung der Schwingungen angibt. In einer Transversalwelle ist die Richtung der Oszillation quer zur Bewegungsrichtung der Welle, sodass die Oszillationen unterschiedliche Richtungen senkrecht zur Wellenrichtung haben können. Ein einfaches Beispiel für eine polarisierte Transversalwelle sind Schwingungen, die sich entlang einer straffen Saite bewegen; zum Beispiel in einem Musikinstrument wie einer Gitarrensaite. Abhängig davon, wie die Saite gezupft wird, können die Schwingungen in einer vertikalen Richtung, einer horizontalen Richtung oder in einem beliebigen Winkel senkrecht zu der Saite sein. Im Gegensatz dazu ist bei Longitudinalwellen, wie Schallwellen in einer Flüssigkeit oder einem Gas, die Verschiebung der Partikel in der Oszillation immer in der Ausbreitungsrichtung, sodass diese Wellen keine Polarisation aufweisen. Transversale Wellen, die Polarisation zeigen, umfassen elektromagnetische Wellen wie Licht- und Radiowellen, Gravitationswellen und transversale Schallwellen in Festkörpern. Bei einigen Arten von Transversalwellen ist die Wellenverschiebung auf eine einzige Richtung beschränkt, sodass diese auch keine Polarisation zeigen; zum Beispiel in Oberflächenwellen in Flüssigkeiten ist die Wellenverschiebung der Teilchen immer in einer vertikalen Ebene.

Eine elektromagnetische Welle wie Licht besteht aus einem gekoppelten oszillierenden elektrischen Feld und einem Magnetfeld, die immer senkrecht zueinander stehen; per Konvention bezieht sich die „Polarisation“ von elektromagnetischen Wellen auf die Richtung des elektrischen Feldes. Bei linearer Polarisation oszillieren die Felder in einer Richtung. Bei einer kreisförmigen oder elliptischen Polarisation rotieren die Felder mit konstanter Geschwindigkeit in einer Ebene, während sich die Welle bewegt. Die Rotation kann zwei mögliche Richtungen haben; wenn sich die Felder in Bezug auf die Richtung der Wellenbewegung in einer rechten Richtung drehen, wird sie als rechtszirkulare Polarisation bezeichnet, oder, wenn sich die Felder im linken Sinn drehen, wird sie als linke zirkulare Polarisation bezeichnet.

Licht oder andere elektromagnetische Strahlung aus vielen Quellen, wie Sonne, Flammen und Glühlampen, besteht aus Kurzwellenzügen mit einer gleichen Mischung von Polarisationen; Dies wird als nicht-polarisiertes Licht bezeichnet. Polarisiertes Licht kann erzeugt werden, indem nicht-polarisiertes Licht durch ein Polarisationsfilter geleitet wird, das nur Wellen mit einer Polarisation durchlässt. Die gebräuchlichsten optischen Materialien sind isotrop und beeinflussen die Polarisation des durch sie hindurchtretenden Lichts nicht; einige Materialien – solche, die Doppelbrechung, Dichroismus oder optische Aktivität aufweisen – können jedoch die Polarisation von Licht verändern. Einige davon werden verwendet, um Polarisationsfilter herzustellen. Licht ist auch teilweise polarisiert, wenn es von einer Oberfläche reflektiert wird.

Gemäß der Quantenmechanik können elektromagnetische Wellen auch als Teilchenströme, die Photonen genannt werden, betrachtet werden. Wenn man auf diese Weise sieht, wird die Polarisation einer elektromagnetischen Welle durch eine quantenmechanische Eigenschaft von Photonen bestimmt, die ihr Spin genannt wird. Ein Photon hat eine von zwei möglichen Spins: Es kann sich entweder in der rechten Hand oder in der linken Hand um seine Bewegungsrichtung drehen. Zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen bestehen aus Photonen mit nur einer Art von Spin, entweder rechts oder links. Linear polarisierte Wellen bestehen aus einer gleichen Anzahl von rechts und links drehenden Photonen, deren Phasen so synchronisiert sind, dass sie sich überlagern, um eine Schwingung in einer Ebene zu erzeugen.

Bei einer Operation mittels eines Augenlasers wie bei einer LASIK, LASEK oder FemtoLASIK wird mit Hilfe von Photonen Ihre Sicht verbessert. Polarisation ist ein wichtiger Parameter in Bereichen der Wissenschaft, die sich mit transversalen Wellen befassen, wie Optik, Seismologie, Radio und Mikrowellen. Besonders betroffen sind Technologien wie Laser, drahtlose und optische Faser-Telekommunikation und Radar.

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2018-12-11T18:41:50+02:00 Blog|