Was ist eine Verzögerungsplatte?
Eine Verzögerungsplatte ist ein optisches Element, das die Polarisationsebene des einfallenden Lichts dreht, um Licht mit einer anderen Polarisation auszugeben.
Üblicherweise werden zwei Arten von Verzögerungsplatten verwendet: Halbwellenplatten und Viertelwellenplatten. Halbwellenplatten verschieben die Phase des Lichts um λ/2 und drehen die Polarisationsebene, wenn die Wellenlänge des Lichts λ (lies: Lambda) beträgt. In diesem Fall bleibt das austretende Licht linear polarisiert.
Durch Verschiebung der Phase um λ/4 kann eine Verzögerungsplatte linear polarisiertes Licht in zirkular polarisiertes Licht umwandeln. Umgekehrt kann auch zirkulare Polarisation in lineare Polarisation umgewandelt werden.
Anwendungen von Verzögerungsplatten
Verzögerungsplatten werden häufig im Umgang mit optischen Geräten verwendet, sowohl im akademischen als auch im industriellen Bereich. Insbesondere bei der Verwendung von Lasergeräten sind Verzögerungsplatten nützlich, um die Richtung der Laserpolarisation zu ändern und die Lichtintensität anzupassen.
Bei Bearbeitungslasern beispielsweise werden Verzögerungsplatten verwendet, um die lineare Polarisation in eine zirkulare Polarisation umzuwandeln, die zum Schneiden gleichförmiger Materialien verwendet wird. Bei akademischen Anwendungen kann die Polarisationsebene des Lasers auch mit einer Verzögerungsplatte oder ähnlichem eingestellt werden, um ein genaueres Verständnis der Schwingungs- und Dissoziationsdynamik von Molekülen zu erhalten. Die Steuerung der Polarisationsrichtung ist wichtig, da elektronische und Schwingungsanregungen von Molekülen durch ein elektrisches Feld in einer bestimmten Richtung beeinflusst werden.
Umgekehrt wird eine Verzögerungsplatte verwendet, um das Licht in zirkulare Polarisation umzuwandeln, wenn eine Anregung in eine bestimmte Richtung nicht erwünscht ist. Verzögerungsplatten können auch in Vorrichtungen zur beliebigen Steuerung der Laseraufteilung verwendet werden: Da der Winkel der linearen Polarisation mit einer Halbwellenplatte verändert werden kann, ist es möglich, sie mit einem Strahlteiler zu kombinieren. Dieser kann das Licht entsprechend der Polarisation aufteilt, um eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Intensität der getrennten Strahlen nach Wunsch gesteuert werden kann.
In diesem Fall ist die Polarisation der beiden geteilten Strahlen rechtwinklig, sodass zur erneuten Steuerung der Polarisation der Polarisationswinkel mit Hilfe von zwei Spiegeln oder einer Verzögerungsplatte erneut geändert werden muss.
Funktionsweise der Verzögerungsplatten
Verzögerungsplatten haben einen anisotropen Brechungsindex, d. h. die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist je nach Polarisationsrichtung unterschiedlich, wodurch eine Phasendifferenz entsteht. Dadurch ist es möglich, die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht, das die Verzögerungsplatte durchlaufen hat, zu ändern oder es in zirkular polarisiertes Licht umzuwandeln. Polarisiertes Licht ist Licht, bei dem die Schwingungsrichtung des elektrischen oder magnetischen Feldes auf eine konstante Richtung ausgerichtet ist. Bei natürlichem Licht, wie z. B. der Sonne, ist die Schwingungsrichtung zufällig und unpolarisiert, während bei künstlich erzeugtem Licht, wie z. B. bei Lasern, das Licht polarisiert werden kann.
Verzögerungsplatten sind Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung (doppelbrechende Materialien), wie z. B. Quarz. Im Allgemeinen gilt: Je höher der Brechungsindex des Lichts, das sich durch ein Medium bewegt, desto geringer ist die Lichtgeschwindigkeit. Daher breitet sich Licht, das sich in Richtung eines niedrigen Brechungsindexes (der progressiven Phasenachse) ausbreitet, schneller durch das Material aus, während Licht, das sich in Richtung eines hohen Brechungsindexes (der langsamen Phasenachse) ausbreitet, langsamer ist.
Diese Eigenschaften können genutzt werden, um eine Phasenverschiebung zwischen den Polarisationskomponenten zu erzeugen. Tritt Licht in einem bestimmten Winkel zur Vorlaufphasenachse in eine Verzögerungsplatte ein, werden die Lichtkomponenten (Vektoren) in Richtung der Vorlaufphasenachse und in Richtung der Langsamphasenachse zerlegt, was zu einer Phasenverschiebung des Lichts führt. Dies führt zu einer Phasenverschiebung des Lichts. Dadurch wird die Polarisationsebene des austretenden Lichts gedreht.
Weitere Informationen zu Verzögerungsplatten
Verwendung von Verzögerungsplatten
Verzögerungsplatten werden in der Regel in Halterungen verwendet, deren Drehwinkel bekannt ist. Der Winkel der Verzögerungsplatte und der Polarisationswinkel des Laserstrahls bestimmen den Polarisationswinkel des Lasers nach dessen Durchgang. Die Drehhalterung ist nützlich, weil sie es ermöglicht, den Laserstrahl nach dem Durchgang auf jeden gewünschten Polarisationswinkel einzustellen.
Der Polarisationswinkel nach dem Durchgang kann aus dem Winkel der Verzögerungsplatte und dem Polarisationswinkel des Lasers berechnet werden, aber um dies tatsächlich zu überprüfen, wird das Licht nach dem Durchgang durch einen Polarisator geleitet und die Intensität des Lichts beobachtet. An dieser Stelle ist es auch möglich, das Licht durch Streuung auf Papier zu überprüfen. Hierbei ist jedoch Vorsicht geboten, denn bei Lasern mit hoher Intensität kann Papier verbrennen. Stark gestreutes Licht kann zu Augenschäden führen, selbst wenn eine Lichtschutzbrille verwendet wird.
Für eine sicherere und quantitativere Methode empfehlen wir die Verwendung eines Leistungsmessers oder eines ähnlichen Geräts, um zu prüfen, ob die Intensität in einem bestimmten Winkel am höchsten ist.