Warum kommt es bei Polarisation von Licht mit 3 Filtern die zu je 45° verschoben sind nicht zur Absorption?
Ich bin auf etwas gestoßen, was ich beim besten Willen nicht verstehen kann. Wenn man zwei Polarisationsfilter hintereinander stellt, wobei der eine senkrecht zur Transmissionsrichtung des anderen steht (90°), kommt es zu einer vollständigen Absorption des Lichtes.
Wenn ich nun 3 Filter habe, die je 45° zu einander versetzt sind, kommt es nicht mehr zu einer vollständigen Absorption.
Meines Verständnisses nach, ist es doch egal, ob ich zwischen den beiden 90° versetzten Filtern einen weiteren stelle, der weiteres Licht herausfiltert, das die falsche Richtung hat, denn das Licht wird von diesem weder gedreht, noch kommt eine neue Lichtquelle hinzu.
Aus diesem Grund würde ich mich über eine ausführliche Erklärung wirklich sehr freuen.
4 Antworten
Nach dem 2. Filter "weiß" das Licht nichts mehr von dem 1. Filter.
Alle anderen Erklärungen, die mir einfallen, sind alles andere als intuitiv, auch an Beispielen fallen mir nur welche aus der Quantenphysik ein, und hier ist es umgekehrt hilfreich, diese Sache mit den Polfiltern verstanden zu haben.
am einfachsten zu versthen über das superpositionsprinzip.
du kannst eine welle welche entlang der x-achse polarisiert, immer schreiben als überlagerung zweier wellen, welche entlangt zwei dazu um 45° gedrehten achsen polariert sind.
sagen wir der erste filter steht in x-richtung, der zweite in y richtung, und der dritte genau dazwischen.
dann hast du nach dem ersten filter eine welle mit amplitude A entlang der x-richtung polarisiert, also den vektor
A (1 , 0 )
diese kannst du darstellen als überlagerung zweier wellen, welche 45° gedreht dazu polarisert sind, nämlich als
A/Wurzel[2] * [ (1/Wurzel[2]) (1 , 1) + (1/Wurzel[2]) (1 , -1) ]
hier in diesem schritt ist eigentlich gar nichts passiert. es ist immer noch derselbe vektor, nur anders hingeschrieben.
der zweite filter steht in der richtung (1 , 1) (d.h. 45° gedreht zum ersten), lässt also die anteile der welle, welche rechtwinklig dazu polarisiert sind, nicht durch.
bleibt also über nur noch ein teil der welle, nämlich
A/Wurzel[2] * [ (1/Wurzel[2]) (1 , 1) ]
wir haben also eine welle polarisiert entlang der achse (1 , 1), allerdings nur mehr mit amplitude A/Wurzel[2] . beim zweiten filter wurde eben die hälft der welle absorbiert, die andere hälfte kam durch.
diesen vektor können wir wieder umschreiben, als überlagerung zweier wellen polarisiert in die x- und die y-richtung.
A/2 * [ (1 , 0) + (0 , 1) ]
der dritte filter steht jetzt entlang der y-richtung (also (0 , 1) ).
wieder wird der anteil der welle der rechtwinkelig dazu steht (also entlang der x-richtung (1 , 0) absorbiert), bleibt also übrig.
A/2 * (0 , 1)
eine welle entlang der y-achste polarisiert, allerdings mehr mit halber amplitude (und damit nur mehr ein viertel der energie. sowohl am zweiten als auch am dritten filter wurde ja jeweils die hälfte absorbiert).
wenn du das nicht nur so wie hier in zwei schritten, sondern in vielen sehr sehr kleinen schritten machst (also viele filter, jeweils nur um einen kleinen winkel zum vorherigen gedreht), kannst du eine lichtwelle fast verlustfrei drehen.
Also, das kann man auf verschiedene Weise erklären, sehr elegant auf quantenmechanischer Art und Weise. Da ich aber nicht weiß, ob Du die Mathematik dahinter schon hattest, versuche ich es klassisch zu erklären.
Der erste Filter bewirkt, dass nur noch Licht in z.b x-Richtung durchgelassen wird. Wird danach ein Filter im 45-Grad Winkel zum ersten aufgestellt wird er Anteil der Welle parallel zu diesem herausgefiltert. Es liegt danach also eine Welle vor, die "diagonal" polarisiert ist. In dieser diagonalen Welle steckt allerdings im Gegensatz zur x-polarisierten Welle auch ein Anteil in y-Richtung. Dieser Anteil kann anschließen durch den dritten Filter hinausgefiltert werden.
Klar, das können wir gerne versuchen. Bist Du Schüler oder Student?
siehe auch:
https://de.wikipedia.org/wiki/Quanten-Zeno-Effekt#Analogie:_Ein_umgekehrter_Zeno-Effekt_in_der_Optik
Also wenn es dir nicht zu viel Umstände macht und du Lust hast, könntest du dann eventuell versuchen mir das quantenmechanisch zu erklären :)