Ein Polarisationsfilter (kurz auch Polfilter) ist ein Polarisator.
Wirkungsweise
Licht stellt eine elektromagnetische Welle dar, die transversal (also senkrecht) zur Ausbreitungsrichtung schwingt. Hierbei kann es in allen möglichen Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Es gibt verschiedene Arten von polarisiertem Licht: Linear polarisiert, zirkular polarisiert und elliptisch polarisiert. Linear polarisiertes Licht schwingt nur noch in eine ganz bestimmte, zur Ausbreitungsrichtung senkrechte Richtung. Bei zirkular polarisiertem Licht dreht sich die Schwingungsebene des elektrischen Feldes, die Stärke des Feldes ist immer gleich. Elliptisch polarisiertes Licht ist ähnlich wie zirkular polarisiertes Licht, nur dass sich hier die Feldstärke der elektromagnetischen Welle elliptisch ändert. Unpolarisiertes Licht lässt sich als Überlagerung mehrerer polarisierter Teilwellen auffassen.
Ein Polarisationsfilter lässt nur Licht durch, welches in der Polarisationsebene des Filters liegt. Dem zufolge ist das Licht, welches den Polarisationsfilter verlässt, immer polarisiert.
Man unterscheidet zwischen linearen und zirkularen Polarisationsfiltern, je nach Art der Polarisation des ausfallenden Lichts: Beim linearen Polarisationsfiltern ist das ausfallende Licht immer Licht einer bestimmten Polarisation, es schwingt also in genau einer Richtung und wird linear polarisiertes Licht genannt. Bei zirkularen Polarisationsfiltern wird das linear polarisierte Licht wieder so "durcheinandergewirbelt", dass es dann zwar noch in einer Polarisationsrichtung schwingt, diese sich jedoch pro Phase einmal um die Ausbreitungsachse dreht. Dies wird erreicht, indem das Licht nach der Polarisation durch ein so genanntes λ/4-Plättchen gesendet wird, welches für verschieden polarisiertes Licht verschiedene Ausbreitungsgeschwindigkeiten hat.
Aufgrund dieses Aufbaus ist die Wirkung zirkularer Polarisationsfilter nur erkennbar, wenn man von der Seite mit dem λ/4-Plättchen her durchblickt. Bei Kamerafiltern ist dies die Seite mit dem Filtergewinde.
Anwendungen
- Polarisationsfilter werden in wissenschaftlichen Instrumenten, z. B. Mikroskopen, benutzt, um Strukturen deutlicher hervortreten zu lassen.
- In Polarimetern werden zwei Polarisationsfilter zur Messung der optischen Aktivität organischer Stoffe verwendet.
- Für die Projektion von 3D-Filmen werden zwei Projektoren mit vorgesetzten Polarisationsfiltern verwendet. Die Polarisationsebenen sind dabei um 90° gegeneinander gedreht. Die beiden übereinander projizierten Bilder wurden von zwei verschiedenen Punkten aufgenommen; der Zuschauer betrachtet das Gesamtbild mit einer Brille, die ebenfalls aus zwei gegen einander geneigten Polfiltern besteht. Dadurch sieht jedes Auge ein unterschiedliches Bild und ein räumlicher Eindruck entsteht.
- In der Fotografie werden Polarisationsfilter unterschiedlich eingesetzt:
- Unerwünschte Reflexionen von glatten, nichtmetallischen Oberflächen (z.B. Wasser, Glas) lassen sich unterdrücken. An nichtmetallischen Oberflächen wird bevorzugt Licht mit einer bestimmten Polarisation reflektiert, insbesondere wenn der Ausfallswinkel etwa 30° bis 40° beträgt, also nahe dem Brewsterwinkel liegt. Wenn der Polarisationsfilter geeignet ausgerichtet ist, werden die reflektierten Lichtwellen unterdrückt, so dass der unpolarisierte Hintergrund nicht von den Reflexionen überstrahlt wird. So ist es z.B. möglich, störende Reflexionen auf Fensterscheiben oder Wasseroberflächen auszublenden.
- Die Grünwiedergabe von Laub und Gräsern verbessert, weil das Polarisationsfilter störende (blaue) Reflexe des Himmels teilweise unterdrückt.
- Das Blau eines wolkenlosen Himmels ist ebenfalls polarisiert. Durch einen Polarisationsfilter kann ein Großteil des hellen Himmels zurückgehalten werden, so dass der Himmel auf dem Foto dunkler und somit kräftiger in seiner Farbe erscheint. Weiße Wolken treten deutlicher vor dem blauen Himmel hervor. Dieser Effekt tritt besonders stark im Winkel von 90° zur Sonne auf, bei anderen Winkelwerten geringer bis gar nicht.
- Ungeeignet ist ein Polarisationsfilter zum Fotografieren eines Regenbogens – die Farbenlinien sind polarisiertes Licht und würden unterdrückt.
- Es sollten (insbesondere bei Digitalkameras und analogen Autofocus-Kameras) zirkulare Polfilter verwendet werden, da Bauelemente in einer Kamera (insbesondere TTL-Belichtungsmessung und Autofokus) selbst polarisiertes Licht auswerten und diese Sensoren so falsche Messergebnisse liefern könnten.
- Anzeigen, die auf Flüssigkristallen beruhen, benötigen Polarisationsfilter, da durch ihren Einsatz der Kontrast zur Darstellung der Zeichen geschaffen werden kann bzw. der dazwischenliegende Flüssigkristall unter Wechselstromwirkung optisch aktiv wird (die Polarisationsebene dreht).
- Spannungsoptik: Um die mechanische Beanspruchung (Spannungen und Spannungsspitzen) in technischen Bauteilen sichtbar zu machen, werden die Bauteile in Plexiglas nachgebildet, mit Licht durchstrahlt und zwischen Polarisationsfilter gesetzt. Die Spannungen führen zu farblich veränderten Linien, die durch ihre Dichte die Höhe der Spannung anzeigten. Inzwischen wurde das Verfahren durch die rechnerische Bestimmung der Spannungen mittels Finite-Elemente-Methode abgelöst.
Beispiel
Im folgenden Beispiel wurde das Motiv zuerst ohne Polfilter und unmittelbar danach mit Polfilter fotografiert. Wie deutlich zu erkennen ist, wirken Himmel und Meeresoberfläche durch das Polfilter wesentlich gesättigter und der Kontrast nimmt deutlich zu.
Datei:Kroatien ohne polfilter2.jpg Datei:IMG 7720 ohne-pol.JPG
Datei:Kroatien mit polfilter2.jpg Datei:IMG 7721 mit-pol.JPG
