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Polarisator Zur Erzeugung linear polarisierter elektromagnetischer
Strahlung gibt es bekanntlich drei prinzipiell verschiedene Verfahren: In der Optik
verwendet man vorzugsweise geeignet geschnittene Prismen aus doppelbrechendem Material,
wobei die eine Schwingungskomponente durch Reflexion entfernt wird (Nicolsches Prisma);
da sie jedoch stets nur in kleinen Stücken zu haben und im spektralen Anwendungsbereich
(o,2 bis etwa q. #t) beschränkt sind, sind sie durchaus nicht in allen Fällen geeignet.
Neue Möglichkeiten wurden durch die seit einiger Zeit bekanntgewordenen sogenannten
Polarisationsfilter geschaffen, deren Wirkung entweder auf dem Dichroismus kristalliner
Substanzen oder einer dem Hertzschen Gitter analogen Struktur beruht. Sie besitzen
den Vorteil, in fast beliebiger Größe angefertigt werden zu können, andererseits
aber den Nachteil, weniger lichtdurchlässig und in ihrem spektralen Wirksamkeitsbereich
noch stärker als Nicolsche Prismen eingeschränkt zu sein, indem der Polarisationsgrad
unterhalb 0,4 #t und schon oberhalb o,7 #t meist nur noch gering ist. Eine dritte
Möglichkeit zur Erhaltung linearpolarisierter Strahlung besteht in der Ausnutzung
des Brewsterschen Winkels (pp. Eine elektromagnetische Welle, die unter diesem Winkel
auf ein ebenes Dielektrikum auffällt, wird bekanntlich aufgespalten in eine vollständig
linear polarisierte, reflektierte Welle und eine teilweise polarisierte durchgehende
Welle, wobei die Intensität der Reflexion mit der Brechzahl des Dielektrikums ansteigt.
Diese liegt jedoch bei den verfügbaren Stoffen, wie z. B. Glas, so niedrig, daß
die Strahlungsausbeute in der Reflexion meist nur sehr gering ist. Da man außerdem
eine Knickung im Strahlengang möglichst zu vermeiden
bestrebt ist,
bedient man sich häufiger des durchgehenden Strahlenteils, benötigt dann aber, um
zu einem höheren Polarisationsgrad zu kommen, eine größere Anzahl von Platten. Im
optischen Bereich erreicht man z. B. mit zwölf Platten von der Brechzahl n9 = 1,5
im durchgehenden Licht einen Polarisationsgrad von 960/,. Dabei muß man aber eine
je nach der Dicke der Platten mehr oder minder erhebliche Verschiebung des Strahlenganges
.sowie Verzerrungen infolge nicht genügender Planparallelität in Kauf nehmen.
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In neuester Zeit hat man zur Verbesserung dieses letzteren Prinzips
vorgeschlagen, an Stelle von mehrfachen Glasplatten ein System von Interferenzschichten
verschiedener Brechung zu wählen, deren jede unter dem Brewsterschen Winkel vom
Licht getroffen wird. Die Realisierung dieses Vorschlags ist aber, wie die quantitative
Diskussion ergibt, an die Bedingung gebunden, daß man das Schichtensystem zwischen
Prismen einschließt, was zumindest bei großen Lichtbündelquerschnitten zu kostspieligen,
komplexen Anordnungen führt.
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Ein anderer, speziell in der Ultrarotphysik diskutierterGedanke behandelt
die polarisierende Wirkung von teildurchlässigen Metallschichten, deren Verwendung
innerhalb der Optik und Lichttechnik aber wegen der starken Absorptionsverluste
nicht in Betracht zu ziehen ist.
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Gemäß der Erfindung besteht ein Polarisator aus mindestens einer auf
eine durchsichtige oder absorbierende Unterlage als Oberflächenschicht aufgebrachten,
nichtmetallischen, die Reflexion verändernden, insbesondere erhöhenden Interferenzschicht,
auf die das zu polarisierende Licht unter einem vom Brewsterschen Winkel abweichenden
Winkel auftrifft, wobei die für eine Schicht geltende Bedingung
sinngemäß für mehrere Schichten zugrunde gelegt ist. In dieser Formel ist Wellenlänge,
Einfallswinkel, d = Dicke der Interferenzschicht, n, = effektiver Brechungsindex
der Interferenzschicht, = Lichtaustrittswinkel in der Unterlage hinter der Schicht,
k = o, i, 2, 3, ... zweckmäßig <io.
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Bei Erfüllung dieser Bedingungen erreicht man für genügend hohe Werte
von n, eine Intensität der reflektierten polarisierten Strahlung, welche ein Mehrfaches
von derjenigen betragen kann, die die freie Unterlage beim Brewsterschen Winkel
liefern würde. Ebenso ist beim durchgehenden Licht der Polarisationsgrad beträchtlich
erhöht. Die Verstärkung der Wirkung einer solchen Polarisationsschicht, insbesondere
für die durchgehende Strahlung, ist auf verschiedene Art möglich. Entweder bringt
man mehrere polarisierende Teilschichten hintereinander auf den gleichen Träger
auf, indem man jeweils Schichten aus anderem Brechungsindex dazwischenlegt, oder
man schaltet mehrere einfach- oder mehrfach beschichtete Träger mit geringem Zwischenraum
hintereinander.
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Obwohl nach obigen Beziehungen die Dicke der Schichten auf die Wellenlänge
der verwendeten Strahlung abgestimmt sein soll, ist bei nicht monochromatischer
Strahlung etwa innerhalb einer Oktave der Polarisationsgrad nur wenig von der Wellenlänge
abhängig, solange die Brechzahl des verwendeten Schichtmaterials genügend hoch bleibt.
Darüber hinaus läßt sich aber ein hoher Polarisationsgrad noch über weiter ausgedehnte
Spektralgebiete aufrechterhalten, wenn man Schichtsysteme kombiniert, welche die
optimale Polarisationswirkung an verschiedenen Stellen des in Betracht gezogenen
Spektralbereichs aufweisen und so an Stelle unvollkommenerPolarisation jedes Teilsystem
einander verstärken. Für das sichtbare Spektrum genügen hierzu zwei bis drei Teilsysteme,
deren optimale Polarisation durch geeignete Schichtdicken auf Rot und Blau bzw.
etwa auf Rot, Grün und Blau einzustellen ist.
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Der Schichtensatzpolarisator bietet ferner die Möglichkeit, durch
Verwendung entsprechend absorbierenden Schichtmaterials oder durch die Art der Kombination
von mehrfachen Schichten gleichzeitig eine Farbfilterwirkung zu erzielen. Im ersteren
Fall handelt es sich um Substanzen, z. B. gefärbte anorganische Salze oder organische
Farbstoffe, deren Absorptionskante nahe bei der Wellenlänge des vorzugsweise zu
polarisierenden Lichtes liegt, im zweiten Fall um Mehrfachschichten, welche nach
Art der Interferenzfilter im Spektrum Stellen selektiver Reflexion oder Durchlässigkeit
aufweisen und aus absorptionsfreien oder absorbierenden Einzelschichten oder beiden
bestehen können.
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In Fällen, wo man auf Höchstwerte im Polarisationsgrad bei völliger
Farbstichfreiheit besonderen Wert legt, ist eine Folge von Polarisatoren der oben
beschriebenen Art vorzuziehen, die durch geringe Zwischenräume voneinander getrennt
sind und jeweils nur eine geringe Anzahl von Schichten enthalten.
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Die Herstellung der Schichten kann nach den üblichen Verfahren erfolgen,
wobei man sich für das optische Gebiet einschließlich Ultraviolett und Ultrarot
zweckmäßig des Vakuum-Aufdampfverfahrens bedient. Als besonders geeignet erweisen
sich hier Metalloxyde, vor allem hochbrechende, wie z. B. Ti 0, Bi203, welche
besonders feste und chemisch widerstandsfähige Beläge liefern; aber auch Sulfide,
z. B. ZnS, oder Schwermetalle, z. B. Pb C12, sind verwendbar. Für das ultrarote
Gebiet eignen sich z. B. Antimonsulfid, Selen sowie AgCl, T1Br und TIJ oder Mischungen
aus diesen.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele des neuen Polarisators
im Schnitt wiedergegeben.
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Die etwa auf die Tragschicht i (Abb. i) aufgebrachte dünne Polarisationsschicht
2 ist gemäß der
Erfindung so beschaffen, daß sie die Reflexion elektromagnetischer
Wellen, insbesondere Lichtwellen verändert, insbesondere erhöht.
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Man kann auch mehrere, aufeinander abgestimmte Schichtsysteme 2, 3,
4 (Abb. 2) kombinieren.
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Auch ist eine Vereinigung mehrerer Schichten (Polarisatoren) zu einer
Folge denkbar, deren Einzelschichten 5, 6, 7, 8 (Abb. 3) durch kleine Zwischenräume
9, io, ii voneinander getrennt sind.