Glan-Taylor-Prisma

Glan-Taylor-Prisma

Schematische Darstellung der Strahlwege in einem Glan-Taylor- und einem …
… Glan-Foucault-Prisma.

Das Glan-Taylor-Prisma (nach Paul Glan und A. M. Taylor) ist ein auf Doppelbrechung und Totalreflexion basierender Polarisator, der unpolarisiertes Licht linear polarisiert (p-Polarisation, d. h., die Polarisationsebene ist in der Einfallsebene). Das Prinzip wurde 1880 von Paul Glan[1] vorgestellt und 1948 von A. M. Taylor[2] verbessert.

Das Glan-Foucault-Prisma ist prinzipiell genauso aufgebaut wie das Glan-Taylor-Prisma, jedoch ist der Schnitt um 90° gegenüber der optischen Achse des Kalkspat verdreht. Dies hat zur Folge, dass der transmittierte Strahl s-polarisiert ist.

Aufbau

Das Glan-Taylor-Prisma besteht ähnlich wie das zuvor (1828) entwickelte Nicol-Prisma aus einem doppelbrechenden Kristall (typischerweise Kalkspat), der entlang der diagonalen Fläche parallel zur optischen Achse aufgeschnitten wird. Die beiden Hälften werden nicht direkt zusammengefügt, ein Luftspalt zwischen den Prismenteilen liefert Grenzflächen zu einem optisch dünneren Medium.

Funktionsweise

Beim Eintritt in ein Material wird der einfallende Lichtstrahl nach dem Snellius-Brechungsgesetz gebrochen. Aufgrund der anisotropen Brechungsindices von doppelbrechenden Materialien wird sich der einfallende Strahl je nach seiner Polarisierungsrichtung unterschiedlich verhalten. Man unterscheidet den ordentlichen (senkrecht zur optischen Achse des Kristalls polarisierten) und den außerordentlichen (parallel zur optischen Achse polarisierten) Strahl.

Beim Einfall schräg zur optischen Achse, beispielsweise beim Nicol-Prisma, werden diese Strahlen unterschiedlich stark gebrochen. Beim Glan-Taylor-Prisma sind die beiden Kalkspat-Prismen so geschliffen, dass die Schnittflächen des Kristalls parallel zur optischen Achse liegen. Auf diesem Weg wird verhindert, dass nach der Brechung des einfallenden Strahls der ordentliche und der außerordentliche Strahl unterschiedliche Brechungswinkel aufweist. Bei senkrechtem Einfall bewegen sich beide Strahlenanteile also auf einem gemeinsam Weg im Kristall, wenn auch aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.

Der Schnittwinkel der beiden Prismenhälften ist nun so gewählt, dass der Brechungsindexunterschied zwischen ordentlichem und außerordentlichem Strahl ein unterschiedliches Reflexionsverhalten an der Grenzfläche zum Luftspalt bewirkt (Totalreflexion und normale Reflexion/Transmission). Im Fall eines optisch negativen doppelbrechenden Materials wie Kalkspat ist der Brechungsindex für den ordentlichen Strahl größer als für den außerordentlichen Strahl. Der Schnittwinkel liegt dabei zwischen dem kritischen Winkel des ordentlichen und dem kritischen Winkel des außerordentlichen Strahls. Beim Austritt aus dem Kristall liegt daher nur noch der linear polarisierte außerordentliche Strahl vor, dessen Polarisationsebene in der Einfallsebene liegt und dessen Richtung gegenüber der Einfallsrichtung unverändert ist. Das zweite (in der Abbildung rechte) Prisma dient nur der Kompensation der Strahlablenkung.[3] Für die meisten Materialien (und Wellenlängen) kann der Schnittwinkel nicht so gewählt werden, dass der Einfallswinkel der beiden Strahlen gleich dem Brewster-Winkel des außerordentlichem Strahl entspricht. Daher ist der (total-)reflektierte Strahl nicht vollständig polarisiert, das heißt, er besteht aus dem totalreflektierten ordentlichen Strahl und dem reflektierten Teil des außerordentlichen Strahls.

Abgrenzung zu anderen Prismenarten

Das ebenfalls sehr ähnlich aufgebaute Glan-Thompson-Prisma (entspricht eher einem Glan-Foucault-Prisma mit transparentem Kleber anstatt Luft) erzeugt wie das Glan-Foucault-Prisma einen um 90° anders polarisierten Strahl (s-polarisiert).

Das Lippich-Prisma (nach Ferdinand Franz Lippich (1838–1913)) hat die gleiche Ausrichtung der optischen Achse wie das Glan-Taylor-Prisma, verfügt aber über keinen Luftspalt, sondern die beiden Prismenteile wurden mit einem durchsichtigen Kleber aneinander gefügt.

Einzelnachweise

  1. Paul Glan: Ueber einen Polarisator. In: Carl′s Repertorium. Nr. 16, 1880, S. 570.
  2. J. F. Archard, A. M. Taylor: Improved Glan-Foucault Prism. In: Journal of Scientific Instruments. Band 25, Nr. 12, 1948, S. 407–409, doi:10.1088/0950-7671/25/12/304.
  3. Gerd Litfin (Hrsg.): Technische Optik in der Praxis. 3. Auflage, Springer, Berlin 2006, ISBN 3-540-21884-X, S. 58 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

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