Direkt zum Inhalt

Lexikon der Optik: Polarisationsprisma

Polarisationsprisma, ein Prisma, das unpolarisiertes Licht in zwei senkrecht zueinander schwingende, linear polarisierte Wellen zerlegt (Polarisation 1)). Bei den P. unterscheidet man 1) solche, die im ganzen Gesichtsfeld linear polarisiertes Licht durchlassen, und 2) solche, die in getrennten Teilen des Gesichtsfeldes jeweils linear polarisiertes Licht mit senkrecht zueinander stehenden Schwingungsrichtungen durchlassen.

a) Nicolsches Prisma, kurz Nicol genannt [W. Nicol, 1768-1851], besteht aus zwei Teilprismen geeignet geschliffenen, optisch einachsigen Kalkspats. Ein Spaltungsrhomboeder, das etwa dreimal so lang wie dick ist, wird an den beiden Endflächen so abgeschliffen, daß die neuen Endflächen einen Winkel von 68° (statt des ursprünglichen Winkels von 70°52') mit den Längskanten bilden (Abb. 1). Das so entstandene Parallepiped wird in einer Ebene, die senkrecht zu den neuen Endflächen und zu der das Kalkspatstück diagonal zerlegenden Hauptebene steht, durchgeschnitten und mit Kanadabalsam (Brechzahl n=1,54) wieder zusammengekittet. Dieses Kittmittel ist so gewählt, daß seine Brechzahl zwischen den Brechzahlen für das ordentliche und das außerordentliche Lichtbündel liegt und somit für den ordentlichen Strahl die Bedingungen der Totalreflexion an der Trennschicht gegeben sind. Dieser Strahl wird seitlich abgelenkt und an einer geschwärzten Seitenfläche absorbiert. Dagegen tritt der außerordentliche Strahl, dessen Lichtvektor im Hauptschnitt liegt, fast unabgelenkt aus dem Nicolschen Prisma aus. Die Polarisation wird aber unvollständig, wenn das einfallende konvergente Licht einen größeren Öffnungswinkel (Gesichtsfeldwinkel) als 29° hat, da dann der Grenzwinkel der Totalreflexion vom ordentlichen Strahl unterschritten wird.

Zur Vergrößerung des Gesichtsfeldwinkels bei konvergentem Licht und zur Materialersparnis hat das Nicolsche Prisma im Laufe der Zeit verschiedene Abwandlungen erfahren. So unterscheidet sich das Foucaultsche Prisma von dem Nicolschen dadurch, daß man die beiden Prismenhälften nicht zusammenkittet, sondern an Stelle der Kanadabalsamschicht eine Luftschicht beläßt. In diesem Falle wird der Grenzwinkel der Totalreflexion kleiner, und die Schnittebene kann demzufolge einen größeren Winkel mit der Längsrichtung des Prismas einschließen, was den praktischen Vorteil einer kürzeren Baulänge des Prismas, der Materialersparnis und einer erhöhten Ultraviolettdurchlässigkeit hat. Der Gesichtsfeldwinkel beträgt hierbei aber nur 8°. Eine Vergrößerung des Gesichtsfeldwinkels bis auf etwa 39° wird beim Thompsonschen Prisma dadurch erreicht, daß man es mit einer anderen kristallographischen Orientierung aus einem Kalkspatstück herausschneidet, und zwar liegt die kristallographische Hauptachse parallel zur brechenden Kante des jeweiligen Teilprismas. Diese Art des Prismas läßt sich auch mit zur Längskante senkrechten Endflächen herstellen (Glansches Prisma und Prisma nach Glazebrook). Diese Ausführung, als Glan-Thompson-Prisma bezeichnet, wird vorwiegend verwendet (Abb. 2). Als Kittmittel benutzt man meistens Kanadabalsam oder eingedicktes Leinöl (n=1,49). In letzterem Falle ergibt sich ein Gesichtsfeldwinkel von 42°.

Unter anderem gibt es noch das Prisma nach Hartnack und Prazmowski (Gesichtsfeldwinkel bis zu 42°), dessen kristallographische Hauptachse senkrecht zur Schnittfläche liegt, und das Prisma nach Frank und Ritter mit einer speziellen kristallographischen Orientierung.

Zu den Prismenkonstruktionen, die das außerordentliche Strahlenbündel durch Totalreflexion entfernen und das ordentliche Strahlenbündel durchlassen, gehören die Anordnungen von J. Jamin, E. Bertrand und K. Feussner. Bei diesen werden geeignet geformte Prismen aus isotropem Material (Flintglas) mit einer dünnen Zwischenschicht aus doppelbrechenden Kristallen, wie Kalkspat oder Natronsalpeter, versehen.

b) Rochon-Prisma, ein zweiteiliges P. mit geteiltem Gesichtsfeld, ist aus zwei rechtwinkligen Teilprismen aus Kalkspat oder Quarz zusammengesetzt, wobei diese jeweils so geschliffen sind, daß die brechende Kante im ersten senkrecht und im zweiten parallel zur kristallographischen Hauptachse (optische Achse) liegt (Abb. 3).

Das Sénarmont-Prisma besteht aus zwei zusammengekitteten, rechtwinkligen Teilprismen aus Kalkspat oder Quarz. Die Teilprismen sind so geschliffen, daß die optischen Achsen senkrecht zu den brechenden Kanten und senkrecht zueinander stehen (Abb. 4). Das ordentliche Lichtbündel verläßt das Sénarmont-Prisma unabgelenkt und zeigt somit (wie beim Rochon-Prisma) keine chromatischen Abweichungen. Bei Verwendung als Polarisator blendet man den außerordentlichen Strahl ab. Dieses P. wird wegen des geteilten kleinen Gesichtsfeldes nur noch wenig verwendet.

Das Wollaston-Prisma, gleichfalls ein Polarisations-Doppelprisma mit geteiltem Gesichtsfeld, ist aus zwei rechtwinkligen Teilprismen aus Kalkspat zusammengesetzt (Abb. 5). Der Divergenzwinkel ist größer als bei dem Rochon- und dem Sénarmont-Prisma, jedoch weisen hier beide austretende Strahlenbündel chromatische Abweichungen auf.

Beim Dove-Prisma liegt die kristallographische Achse parallel zu einer Kathetenfläche (Abb. 6). Fällt das unpolarisierte Licht parallel zur optischen Achse ein, so wird es erst nach erfolgter Totalreflexion an der Hypotenusenfläche in den ordentlichen und außerordentlichen Strahl aufgespalten. Bei der Verwendung als Polarisator blendet man den abgelenkten außerordentlichen Strahl ab.

c) Im Gegensatz zu den oben angeführten zweiteiligen Prismen ist das Abbe-Prisma ein dreiteiliges P. Es ist eine Kombination eines gleichseitigen doppelbrechenden Kalkspatprismas mit zwei rechtwinkligen Glasprismen (Abb. 7). Bei dem Kalkspatprisma liegt die optische Achse parallel zur brechenden Kante. Durch Verwendung von Glas mit geeigneten Dispersionseigenschaften kann der Farbfehler für die Teilprismen klein gemacht werden. Das Gesichtsfeld ist geteilt entsprechend den beiden durch die Doppelbrechung im Kalkspat entstandenen linear polarisierten Strahlen, dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl.

d) Das Ahrenssche Prisma ist ein aus optischem Doppelspat hergestellter Polarisator, der vorwiegend in Polarisationsmikroskopen verwendet wird. Er ist aus drei Teilprismen, wie in Abb. 8 angedeutet, zusammengekittet. Er besitzt bei großer Eintrittsfläche eine verhältnismäßig geringe Länge. Das Verhältnis von Länge zu Breite ist etwa 2:1. Die Lichteintrittsfläche wird bei diesem Prisma so gewählt, daß die Basis des mittleren Prismas den Beleuchtungsstrahlen bzw. den Abbildungsstrahlen zugekehrt ist.

Da Kalkspat aus natürlichem Vorkommen in optischer Qualität kaum noch verfügbar ist, werden künstlich gezüchtete doppelbrechende ADP-Einkristalle industriell als synthetische Kristallpolarisatoren, allerdings in größeren Längen-Breitenverhältnissen als Kalkspat, angeboten.



Polarisationsprisma: 1 Nicolsches Prisma, Hauptschnitt parallel zu seinen Längskanten; 2 Glan-Thompson-Prisma; 3 Rochon-Prisma; 4 Sénarmont-Prisma; 5 Wollaston-Prisma; 6 Dove-Prisma; 7 Abbe-Prisma, K Kalkspat, Gl Glas; 8 Polarisationsprima nach Ahrens. o ordentlicher und ao außerordentlicher Strahl. Richtung der optischen Achse: ↔ parallel,

senkrecht zur Bildebene.

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

  • Die Autoren
Roland Barth, Jena
Dr. Artur Bärwolff, Berlin
Dr. Lothar Bauch, Frankfurt / Oder
Hans G. Beck, Jena
Joachim Bergner, Jena
Dr. Andreas Berke, Köln
Dr. Hermann Besen, Jena
Prof. Dr. Jürgen Beuthan, Berlin
Dr. Andreas Bode, Planegg
Prof. Dr. Joachim Bohm, Berlin
Prof. Dr. Witlof Brunner, Zeuthen
Dr. Eberhard Dietzsch, Jena
Kurt Enz, Berlin
Prof. Joachim Epperlein, Wilkau-Haßlau
Prof. Dr. Heinz Falk, Kleve
Dr. Wieland Feist, Jena
Dr. Peter Fichtner, Jena
Dr. Ficker, Karlsfeld
Dr. Peter Glas, Berlin
Dr. Hartmut Gunkel, Berlin
Dr. Reiner Güther, Berlin
Dr. Volker Guyenot, Jena
Dr. Hacker, Jena
Dipl.-Phys. Jürgen Heise, Jena
Dr. Erwin Hoffmann, Berlin (Adlershof)
Dr. Kuno Hoffmann, Berlin
Prof. Dr. Christian Hofmann, Jena
Wolfgang Högner, Tautenburg
Dipl.-Ing. Richard Hummel, Radebeul
Dr. Hans-Jürgen Jüpner, Berlin
Prof. Dr. W. Karthe, Jena
Dr. Siegfried Kessler, Jena
Dr. Horst König, Berlin
Prof. Dr. Sigurd Kusch, Berlin
Dr. Heiner Lammert, Mahlau
Dr. Albrecht Lau, Berlin
Dr. Kurt Lenz, Berlin
Dr. Christoph Ludwig, Hermsdorf (Thüringen)
Rolf Märtin, Jena
Ulrich Maxam, Rostock
Olaf Minet, Berlin
Dr. Robert Müller, Berlin
Prof. Dr. Gerhard Müller, Berlin
Günter Osten, Jena
Prof. Dr. Harry Paul, Zeuthen
Prof. Dr. Wolfgang Radloff, Berlin
Prof Dr. Karl Regensburger, Dresden
Dr. Werner Reichel, Jena
Rolf Riekher, Berlin
Dr. Horst Riesenberg, Jena
Dr. Rolf Röseler, Berlin
Günther Schmuhl, Rathenow
Dr. Günter Schulz, Berlin
Prof. Dr. Johannes Schwider, Erlangen
Dr. Reiner Spolaczyk, Hamburg
Prof. Dr. Peter Süptitz, Berlin
Dr. Johannes Tilch, Berlin (Adlershof)
Dr. Joachim Tilgner, Berlin
Dr. Joachim Träger, Berlin (Waldesruh)
Dr. Bernd Weidner, Berlin
Ernst Werner, Jena
Prof. Dr. Ludwig Wieczorek, Berlin
Wolfgang Wilhelmi, Berlin
Olaf Ziemann, Berlin


Partnerinhalte