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Polarisation von Licht – eine klassische und quantenphysikalische Betrachtungsweise. Licht als elektromagnetische Welle. Licht kann im Wellenmodell als eine transversale elektromagnetische Welle dargestellt werden. Linear polarisiertes Licht (klassisch). - PowerPoint PPT Presentation
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Polarisation von Licht – eine klassische und quantenphysikalische
Betrachtungsweise
Licht als elektromagnetische Welle
Licht kann im Wellenmodell als eine transversale elektromagnetische Welle dargestellt werden.
Linear polarisiertes Licht (klassisch)
Ist die Orientierung des elektrischen Feldes konstant, so bezeichnet man die elektromagnetische Welle als linear polarisiert.
Entstehung von linear polarisierten Licht (klassisch)
Grundlagen: Elektronen der Atome bzw. Moleküle werden durch die
elektromagnetischen Wellen in Schwingung versetzt Anregungsfrequenz = Resonanzfrequent => angeregter Zustand oberhalb oder unterhalb der Resonanzfrequenz => verhalten sich
Elektronen wie oszillierende elektrische Dipole
Entstehung von linear polarisierten Licht (klassisch)
Polarisationsfilter besteht aus einer Plastikfolie Kohlenwasserstoffketten in eine Richtung gestreckt => Starke Ausrichtung der Moleküle.
?
Polarisation durch Streuung
Polarisiertes Himmelslicht
Polarisation durch Reflexion
Zirkular polarisiertes Licht
Kann man sich als Überlagerung von zwei zueinander senkrecht und um pi/2 phasenverschobene, linear polarisierte Wellen, mit gleicher Ausbreitungsrichtung, Amplitude und Frequenz vorstellen.
Richtung des elektrischen und magnetischen Feldes rotiert um die Ausbreitungsrichtung.
Doppelbrechung
An optisch isotropen Medien wird Licht nach dem Snellius‘schen Brechungsgesetz gebrochen
Licht wird dabei vom dichteren Medium abgebremst
1669 entdeckte Erasmus Bartholin Doppelbrechung an einem Calcit
Doppelbrechung
Doppelbrechung findet an optisch anisotropen Medien statt Entlang der optischen Achse ist Lichtgeschwindigkeit für alle
Polarisationsrichtungen gleich Senkrecht zur Ebene, aus optischer Achse und Einfallsrichtung,
polarisiertes Licht gehorcht Snellius‘schen Brechungsgesetz In dieser Ebene polarisiertes Licht wird zusätzlich gebrochen
Doppelbrechung
Rückstellkräfte der Elektronen im Kristallgitter haben Einfluss auf die Fortpflanzungs-geschwindigkeit der Lichtwelle
Ordentlicher Strahl in Form von Kugelwellen
Außerordentlicher Strahl in Form von Rotationsellipsoiden
Optisch negativer – optisch positiver Kristall
Doppelbrechung
Es entstehen zwei parallele, linear polarisierte Lichtstrahlen Nicol‘sche Prisma -> spezielle Anordnung von 2
doppelbrechenden Kristallen dient zur Gewinnung von linear polarisiertem Licht
Doppelbrechung durch mechanische Spannung, elektrische oder magnetische Felder
Video zu Doppelbrechung mit Polarisationsfilter
Polarisiertes Licht quantenmechanisch beschreiben
Ausgangslage: sehr viele experimentellen Befunde können
auch mit der klassischen Elektrodynamik verstanden werden.
klassische und Quantentheorie sind miteinander vereinbar.
=>Polarisationsexperimente im Rahmen der Quantentheorie beschreiben
Polarisiertes Licht quantenmechanisch beschreiben
Wie stellt man einen linear polarisierten Lichtstrahl her?
Versuchsanordnung:
Sind die Photonen nach dem Polarisator a auch wirklich in Richtung von a polarisiert?
Wie könnte man das herausfinden?
a
Polarisiertes Licht quantenmechanisch beschreiben
Versuchsanordnung:
Intensität wird gemessen nach dem ersten Polarisationsfilter: Photonen gleich
polarisiert nach dem zweiten Polarisationsfilter (Analysator):
Photonen verhalten sich identisch. Kann man nun sagen, dass sich ein einzelnes Photon
auch identisch verhält?
a b ab
Polarisiertes Licht quantenmechanisch beschreiben
Wie verhalten sich die Photonen wenn sie auf einen zweiten Polarisationsfilter (Analysator) treffen, der schräg gestellt ist?
Versuchsanordnung:
Ergebnis: Die Intensität nimmt ab. Annahme: Aufspaltung in zwei neue Photonen=> Anzahl gleich=> Energie im Mittel gleich => Fequenz müsste sich geändert haben
ab
Polarisiertes Licht quantenmechanisch beschreiben
Messungen zeigen, dass sich die Frequenz nicht geändert hat.
Jedes Photon hat nach dem Durchdringen des Polarisators genau dieselbe Energie wie vorher.
Þ Ein Teil absorbiert, der andere Teil durchgelassen ????!!!!!!
Þ Was bedeutet das für den Zustand des Photons vor dem Analysator
Polarisiertes Licht quantenmechanisch beschreiben
die identisch präparierten Photonen in dem durch den Polarisator a hergestellten Zustand benehmen sich nicht gleich.
Teilchen benehmen sich nur dann identisch, wenn nach ihrer Identität gefragt wird,
Eine Messung verändert immer den Zustand, wenn man nicht gerade nach dem Zustand testet.
Wie kommen wir an die Wahrscheinlichkeiten, die Vorhersagen der QM heran? Herleitung