Schwingungsrichtung von Wellen

Daniel, Ferdinand, Lennard
Schwingungsrichtung von Wellen
Transversalwelle
Die Schwingungsrichung ist senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.
Bei einer Transversalwelle schwingen die Oszillatoren (Teile die schwingen können
und mit einer Kraft verbunden sind) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle.
Wird ein Oszillator angeregt, so schwingen die anderen Oszillatoren zeitlich
verzögert mit. Das Schwingungsbild zeigt die Ausbreitung einer Welle.
Longitudinalwelle
Unterschied zu den Transversalwellen: Die Schwingungsrichtung ist parallel zur
Ausbreitungsrichung (Schallwellen).
Die Auslenkung der Oszillatoren einer Longitudinalwelle bewirken wechselnde
Entferungen zwischen den Oszillatoren. Es bilden sich Verdichtungen und
Verdüngungen im Wellenmedium.
Weil die Schwingungsrichtung der einzelnen Oszillatoren gemeinsam mit der
Ausbreitungsrichtung der Welle keine Schwingunsebene festlegt, können
Longitudinalwellen nicht polarisiert sein.

Polarisation des Lichtes: Allgemeines
Polarisation
Eine transversale Welle hat ihre Schwingungsrichtung (z.B. den E-Feldvektor einer
Lichtwelle) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung k. Es gibt jedoch beliebig viele
Ebenen, die senkrecht zu einer gegebenen Richtung k stehen können. Wenn die
Schwingungsrichtungen von Wellen wahllos über diese möglichen Ebenen verteilt
sind, heißen sie unpolarisierte Wellen (Beispiel: 'natürliches' Licht: Sonnenlicht oder
Licht von einer thermischen Quelle). Findet dagegen die Schwingung in nur einer
bestimmten Ebene statt, spricht man von einer polarisierten Welle (in diesem Falle:
linearpolarisiert).
Darstellung einer linearpolarisierten Lichtwelle: die Welle breitet sich in +z-Richtung
aus, ihr elektrischer Feldvektor E schwingt nur in ±x-Richtung aufgrund des
'Polarisators' P. Eine eventuelle Drehung der Polarisationsebene ist als Winkel phi in
der A ('Analysator') -Ebene angezeigt.

Eine beliebige linearpolarisierte Welle läßt sich als Überlagerung zweier
linearpolarisierten Wellen mit senkrecht zueinanderstehenden Feldrichtungen (E s ,
E p ) und ohne Phasendifferenz (oder mit einer Phasendifferenz deltaPhi = n Lamda/2,
n = 1,2,3,...) darstellen. Diese beiden Polarisationen bilden eine Basis für die
Darstellung einer beliebigen Linearpolarisation. Die Amplitude der resultierenden
Welle ergibt sich als Vektorsumme der beiden Amplituden E s und E p , ihr Betrag und
ihre Richtung hängen von der relativen Größe von E s und E p ab.
Eine weitere Art der Polarisation entsteht, wenn die Wellen E s und E p mit einer
Phasenverschiebung von deltaPhi = Lamda/4 überlagert werden: die Amplitude der
resultierenden Welle dreht sich um die k-Achse einmal pro Schwingung, wobei ihr
Betrag konstant bleibt. Dies nennt man eine zirkulare Polarisation. Je nach
Drehsinn (entsprechend deltaPhi = +Lamda/4 oder -Lamda/4) wird sie als
rechtszirkular -polarisierte oder linkszirkularpolarisierte Welle bezeichnet. Eine
zirkularpolarisierte Welle überträgt nicht nur Energie und Linearimpuls, sondern auch
Drehimpuls.
Eine zirkularpolarisierte Lichtwelle die sich in +z-Richtung ausbreitet: zwei
linearpolarisierte Wellen E s und E p , mit ihren elektrischen Feldvektoren senkrecht
zueinander, besitzen eine relative Phasen- verschiebung von deltaPhi = -Lamda/4.
Der resultierende elektrische Feldvektor E dreht sich nach links während der
Wellenausbreitung (abgebildet in der Ebene A), d.h. im Sinne einer Linksschraube.

Die eliptische Polarisation entsteht, wenn der Amplitudenvektor um den
Wellenvektor rotiert und dabei periodisch den Betrag ändert. Die Spitze des
Feldvektors beschreibt dabei eine Ellipse. Lineare und zirkulare Polarisation können
auch als Grenzfälle der elliptischen Polarisation aufgefasst werden.