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1. Polarisation von Licht – eine klassische und quantenphysikalische Betrachtungsweise

2. Licht als elektromagnetische Welle • Licht kann im Wellenmodell als eine transversale elektromagnetische Welle dargestellt werden.

3. Linear polarisiertes Licht (klassisch) • Ist die Orientierung des elektrischen Feldes konstant, so bezeichnet man die elektromagnetische Welle als linear polarisiert.

4. 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

5. Entstehung von linear polarisierten Licht (klassisch) • Polarisationsfilter besteht aus einer Plastikfolie • Kohlenwasserstoffketten in eine Richtung gestreckt => Starke Ausrichtung der Moleküle. ?

6. Polarisation durch Streuung

7. Polarisiertes Himmelslicht

8. Polarisation durch Reflexion

9. 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.

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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 a b

17. 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 a b

18. 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. • Ein Teil absorbiert, der andere Teil durchgelassen ????!!!!!! • Was bedeutet das für den Zustand des Photons vor dem Analysator

19. 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.

20. Wie kommen wir an die Wahrscheinlichkeiten, die Vorhersagen der QM heran? • Herleitung