Licht ist (klassisch betrachtet) eine elektromagnetische Welle. Das elektrische Feld steht senkrecht zu einem magnetischen Feld und beide stehen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Ein Polarisationsfilter enthält fadenförmige Moleküle welche in einer bestimmten Richtung ausrichtet sind. Diese wirken diese wie Antennen auf die Lichtwellen. Alles Licht, dessen elektrische Komponente in der Richtung der Moleküle schwingt, wird absorbiert. Schwingt die elektrische Komponente aber senkrecht zum Fadenmolekül, so kann das Licht durch das Glas hindurch.

Werden zwei gleichgerichtete Polarisationsfilter hintereinander gestellt, so geht alles Licht, das durch den ersten Filter gelangt, auch durch den zweiten. In den Bildern ist nur die magnetische Komponente des Lichtes gezeichnet. (Normalerweise zeichnet man die elektrische Komponente. Aber diese wird genau dann am Gitter absorbiert, wenn sie parallel zu ihm schwingt.

Werden zwei senkrecht zueinander polarisierte Filter hintereinander gestellt, so kommt kein Licht durch. Dies ist sehr schön im im Video: Polarisationsfolien (499 kB) zu sehen.

Stellen wir zwischen die zwei senkrecht zueinander gerichteten Polarisatoren einen dritten, der zu beiden anderen um 45° gedreht ist, so kommt erstaunlicher Weise wieder Licht hindurch! Jedoch nur mit geringer Intensität. Die grauen Pfeile zeigen die Amplitude des Magnetfeldes, das beim Filter ankommt. Die schwarzen Pfeile zeigen die Amplitude des Magnetfeldes, das durch den Filter hindurchgeht

Im Programm "Polfilter" (Lehrstuhl für Didaktik der Physik der LMU) werden einzelne Photonen durch mehrere hintereinander gestellte Polarisationsfilter geschickt. Man kann so die oben erklärten Polarisationseigenschaften von Licht untersuchen. Download (300 kB) Programmautor: Albert Huber

Im Programm "Quantum Eraser" wird die Interferenz einzelner Photonen in einem Mach-Zehnder-Interferometer betrachtet. Mit Hilfe von Polarisationsfiltern kann man den Photonen eine Wegmarkierung aufprägen. Aufgrund der unterscheidbaren Wege erscheint kein Interferenzmuster. Mit einem dritten Polarisationsfilter lässt sich die Weginformation wieder "ausradieren". Daraufhin wird das Interferenzmuster wieder sichtbar. Download (300 kB) Das Programm selber kann direkt ausgeführt werden und muss nicht erst installiert werden.  Programmautor: Albert Huber

1. Grundlagen und Aufbau LCD ist die Abkürzung von Liquid Chrystal Display. Ein LCD besteht grundsätzlich aus 2 aufeinander liegenden Glasscheiben die sehr feine Rillen aufweisen. Zwischen diesen Glasscheiben befindet sich eine spezielle Flüssigkeit. (Flüssigkristalle) Diese Flüssigkeit hat die Eigenschaft Licht zu drehen. (z.B. 90°

Um die weitere Funktionsweise verstehen zu können, muss man vorerst wissen, wie eine so genannte Polarisationsfolie arbeitet: Eine Polarisationsfolie (auch Polarisator genannt) ist ein optischer Filter, der nur Licht aus bestimmten Richtungen (bzw. Winkel) durchlässt. Jeder Polarisator hat eine so genannte Polarisationsachse. Bei einfallendem Licht wird nun das gesamte "Licht", welches nicht parallel zur Polarisationsachse verläuft, absorbiert. Wenn man nun 2 dieser Polarisationsfolien mit einem Winkel von 90° hintereinander anbringt, hat dies zur Folge, das kein Licht mehr durchkommt.

Setzt man nun zwischen diese 2 Polarisationsfolien die 2 Glasplatten mit den Flüssigkristallen, wird das Licht um 90° gedreht. Somit ist das Licht wieder parallel zur Polarisationsachse und kann die zweite Polarisationsfolie durchdringen. Legt man nun eine Spannung an die Flüssigkristalle an, verlieren diese ihre Eigenschaft, Licht zu drehen, und das Licht wird von der 2. Polarisationsfolie absorbiert. => Kein Lichtdurchlass! Vereinfacht kann man nun sagen: Ein LCD besteht aus zwei Glasplatten zwischen denen eine Flüssigkeit ist. Oben und Unten ist eine Polarisationsfolie angebracht, die zueinander um 90° gedreht ist. Wenn eine Spannung angelegt wird, wird das LCD (oder ein Pixel) Lichtundurchlässig, d.h. es "leuchtet" auf. Um verschiedene Helligkeitsabstufungen eines Pixel zu erzeugen, lässt sich die Stärke der Drehung der absorbierenden Molekühle durch ein angelegtes elektrisches Feld (Spannung) steuern. Einen ausführlichen Lehrgang zur Funktionsweise einer LED findet sich bei:

2. Arten von LCDs Es gibt im Grunde 3 verschiedene Arten von LCDs: transmissive, reflektive und transflektive.

Transmissive LCDs besitzen keine reflektiven Eigenschaften (das heißt, sie reflektieren kein Umgebungslicht) und müssen deshalb in Kombination mit einer Hintergrundbeleuchtung verwendet werden, sodass die dargestellte Information auch sichtbar werden kann. Bei reflektiven LCDs wird das einfallende Umgebungslicht bei einem, am unteren Polarizer angeklebten Reflektor dazu verwendet, um das Display zu beleuchten. (Ähnlich einem Spiegel) Reflektive LCDs können daher nicht hintergrundbeleuchtet werden. Aufgrund des äußerst geringen Stromverbrauches (wegen entfallender Hintergrundbeleuchtung) werden sie deshalb gerne in batteriebetriebenen Geräten eingesetzt und versprechen zudem den besten Kontrast bei starkem Umgebungslicht. Transflektive Flüssigkeitskristalldisplays setzen sich aus einer Mixtur von reflektiven und transmissiven Displays zusammen, wobei der rückwärtige Polarizer von halbdurchlässiger Art ist. Sie sind mit einer Hintergrundbeleuchtung kombiniert und können bei allen Lichtverhältnissen betrieben werden. Die Hintergrundbeleuchtung kann - zum Vorteil des geringen Stromverbrauchs - somit bei hellem Umgebungslicht entfallen.

weitere Anwendungen

Polarimetrie:

Unter Polarimetrie versteht man die Bestimmung der Konzentration gelöster Stoffe unter Ausnutzung ihres optisch aktiven Verhaltens. Optisch aktive Substanzen drehen die Schwingungsebene polarisierten Lichts. Aus der Größe der Drehung kann man auf die Konzentration des jeweiligen Stoffes in der untersuchten Lösung schließen. Die Änderung des Drehwinkels ist proportional zur durchstrahlten Schichtdicke und zur Konzentration der Lösung. Das Hauptanwendungsgebiet der Polarimetrie ist die Medizintechnik. Mit dem Polarimeter kann beispielsweise die Konzentration von Zuckern (oder anderen optisch aktiven Substanzen) in Flüssigkeiten wie z.B. Blut bestimmt werden.

Spannungsoptik:

Bei der Spannungsoptik verwendet man die Eigenschaft von Kunststoffen, im polarisierten Licht unter Belastung Doppelbrechung zu erzeugen. Dazu muss auf das zu untersuchende  Werkstück eine dünne Kunststoffbeschichtung aufgebracht werden.  Dann wird es mit polarisiertem Licht angestrahlt und d der Gegenstand durch einen zweiten Polfilter betrachtet. Dieser ist so eingestellt, dass er bei nicht belastetem Werkstück das Licht nicht durchlässt. Wird das Werkstück nun belastet verformt sich die dünne Kunststoffhaut analog dazu und ändert dabei die Polarisationsebene des Lichts. Dadurch wird es hinter dem zweiten Polfilter sichtbar.

1) Aufformen der Schicht                                      2) Aushärten der Kunststoffschicht                     3) Zusammengefügtes, messfertiges Werkstück

Fotografie:

Nach der Reflexion an elektrisch nicht leitenden Materialien (Wasser, Glas, Kunststoffe, Lacke, Furniere, Haut, Gräser, Blätter) ist das Licht polarisiert und zwar maximal unter einem vom Material abhängigen Winkel (Wasser 36.88°, Kronglas 33.51°, Flintglas 31.8°, Diamant 22.47°, jeweils gegen die Reflexionsfläche gemessen).

Sperrt man nun mit einem Polfilter das polarisierte Licht, so kann man die Spiegelungen unterdrücken und durch transparente Stoffe (Wasser, Glas) trotz Reflexion hindurch sehen. Eine Landschaft wirkt durch die Unterdrückung der vielen tausend Spiegelungen an Gräsern und Blättern farbgesättigter. Den optimalen Effekt kann man durch Drehen des Filters einstellen.

Polarisation durch Streuung: Sonnenlicht wird durch Streuung an den Luftteilchen teilpolarisiert und zwar maximal senkrecht zur Richtung der Sonnenstrahlen. Maximal polarisiert ist Himmelslicht nur bei sehr klarem Wetter. Bei bedecktem Himmel, sehr diesigem Wetter, Nebel, Rücken- und Gegenlicht ist der Effekt sehr gering bis überhaupt nicht vorhanden.

Mit einem Polfilter kann man dieses teilpolarisierte Licht abschwächen und erhält je nach Drehung des Polfilters einen tief-dunkelblauen Himmel gegen gleißend weiße Wolken (da Wolken das Sonnenlicht NICHT polarisieren). Der Effekt ist bei Weitwinkelobjektiven nicht sehr günstig, weil der große Bildwinkel auch nicht polarisierte Teile des Himmels erfassen: Der Himmel wirkt ungleichmäßig, fleckig! Entweder lässt man dann das Polfilter weg oder dreht es auf minimalen Effekt oder verwendet ein Teleobjektiv.

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letzte Änderung: 13.9.2005