Quelltext der Seite Polarisation elektromagnetischer Wellen

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=== Unpolarisiertes und polarisiertes Licht in der Natur ===
{{Siehe auch|Polarisationsfilter}}
Die auf der Erde und im Universum überwiegend beobachtete Ausprägung elektromagnetischer Strahlung ist [[Wärmestrahlung|thermische Strahlung]] und damit zunächst unpolarisiert, das heißt, die Einzelwellen sind in ihren Eigenschaften statistisch verteilt; es handelt sich also um die Überlagerung einer Vielzahl von Einzelwellen mit unterschiedlicher Lage von Schwingungsebene und relativer Phase. Durch [[Reflexion (Physik)|Reflexion]] und/oder Streuung entsteht daraus teilpolarisiertes Licht, bei dem ein Teil der Einzelwellen gleiche Eigenschaften hinsichtlich ihrer Polarisation aufweist und als [[Polarisationsmuster]] erscheint.

Schräge Reflexion an Grenzflächen, z.&nbsp;B. an einer Wasseroberfläche, trennt Licht teilweise nach seiner Polarisationsrichtung auf. Der in der Reflexionsebene polarisierte Anteil dringt eher ein, der dazu senkrechte Anteil wird eher reflektiert. Für die quantitative Abhängigkeit vom Einfallswinkel siehe [[Fresnelsche Formeln]].

Das blaue Licht des Himmels ist von Molekülen und statistischen Dichteschwankungen der Luft gestreutes Sonnenlicht. Die Luft wird durch die einfallende Welle in zufällige Richtungen senkrecht zur Einfallsrichtung [[Polarisation (Elektrizität)|elektrisch polarisiert]]. Streulicht in Richtungen dieser Schwingungsebene (Streuwinkel 90°) schwingt in ebendieser Ebene, ist also vollständig polarisiert. Für die Abhängigkeit vom Streuwinkel siehe [[Rayleighstreuung]]. Das Himmelslicht ist jedoch durch Vielfachstreuung und Streuung an Partikeln nicht vollständig polarisiert. <!-- hier noch Depolarisation durch Streuung an ungeordneten Strukturen ergänzen -->

=== Wahrnehmung von polarisiertem Licht ===
Viele [[Insekten]] können linear polarisiertes Licht nach seiner Polarisationsrichtung unterscheiden und nutzen diesen Effekt, um sich zu orientieren. Bei der [[Westliche Honigbiene|Honigbiene]] wurde dies durch [[Karl von Frisch]] erforscht.

Auch [[Fangschreckenkrebs]]e,<ref>[https://www.fangschreckenkrebse.de/wissenswertes/augen/index.html www.fangschreckenkrebse.de].</ref> die [[Wasserwanze]] ''[[Notonecta glauca]]'', [[Großes Mausohr|Große Mausohren]] (''Myotis myotis'')<ref>Stefan Greif, Ivailo Borissov, Yossi Yovel und Richard A. Holland: ''A functional role of the sky’s polarization pattern for orientation in the greater mouse-eared bat.'' In: ''Nature Communications.'' Band 5, Artikel-Nr. 4488, 2014, [[doi:10.1038/ncomms5488]].</ref> und [[Cataglyphis|Wüstenameisen]]<ref>Karl Fent: ''Polarized skylight orientation in the desert ant Cataglyphis.'' In: ''Journal of Comparative Physiology A.'' Band 158, Nr. 2, 1986, S. 145–150, [[doi:10.1007/BF01338557]].</ref><ref>[[Rüdiger Wehner]]: ''Polarization vision – a uniform sensory capacity?'' In: ''[[Journal of Experimental Biology]]'' Band 204, 2001, S. 2589–2596, PMID 11511675.[https://journals.biologists.com/jeb/article/204/14/2589/32978/ Online]</ref> sind dazu in der Lage, sowie Menschen, allerdings mit sehr geringem Kontrast ([[Haidinger-Büschel]]-Phänomen). Dass Insekten zur Orientierung nicht nur polarisiertes Sonnenlicht nutzen können, sondern auch Mondlicht, wurde bei Experimenten mit [[Bulldoggenameisen]] der Art ''[[Myrmecia]] midas'' nachgewiesen.<ref>Cody A Freas, Ajay Narendra, Trevor Murray, Ken Cheng (2024): ''Polarised Moonlight Guides Nocturnal Bull Ants Home''. eLife 13: RP97615 {{DOI|10.7554/eLife.97615.1}}</ref>

=== Bezeichnungen der Untergruppen der Polarisationsarten ===

[[Datei:Polarisation p.png|miniatur|Bezeichnung der Richtung linearer Polarisation elektromagnetischer Wellen bei Vorgängen mit Richtungsänderung des Lichtstrahls (hier Reflexion an einem Spiegel): ''Parallele Polarisation'' bedeutet, dass die elektrische Komponente in der Einfallsebene schwingt.|256x256px]]
[[Elektromagnetische Strahlung]] ([[Licht]], [[Radiowelle]]n usw.) ist eine Transversalwelle mit jeweils rechten Winkeln zwischen dem Wellenvektor <math>\vec k</math>, der in Ausbreitungsrichtung zeigt, und den Vektoren des elektrischen und magnetischen Feldes, <math>\vec E</math> bzw. <math>\vec B</math>. Es ist willkürlich, ob als Polarisationsrichtung die Schwingungsrichtung des elektrischen oder des magnetischen Feldes gewählt wird. Allerdings bedeuten <math>\vec E</math> und <math>\vec B</math> für die Welle verschiedene Schwingungsrichtungen. Diese stehen aufeinander senkrecht. Aus der Zeit, als Licht noch als mechanische Schwingung des hypothetischen Äthers erklärt wurde, stammt eine Festlegung für die Bezeichnungen der beiden Polarisationsrichtungen, die sich später als die Schwingungsrichtung des magnetischen Feldvektors herausstellte.<ref>[[Eduard von Hartmann]]: ''Die Weltanschauung der Modernen Physik.'' Hermann Haacke Verlagsbuchhandlung, Leipzig, 1902 ({{Google Buch|BuchID=cWdkR6tMvOIC|Seite=131}}).</ref> Da die meisten Wechselwirkungen elektromagnetischer Strahlung mit Materie allerdings elektrischer Natur sind, wird die Polarisationsrichtung heute meist auf den elektrischen Feldvektor bezogen<!-- z. B. Bergmann-Schaefer -->.

Wenn die Welle gebrochen, reflektiert oder gestreut wird, ist die Bezugsebene für die Bezeichnungen ''parallel'' und ''senkrecht'' jene Ebene, in der die ein- und die auslaufende Welle liegen.

Neben ''parallel'' und ''senkrecht'' polarisierten Wellen werden unter anderem bei der Beschreibung der Reflexion weitere Bezeichnungen genutzt. So spricht man von ''TM-polarisiertem'' Licht, wenn die Richtung des magnetischen Feldes senkrecht zu der durch Einfallsvektor und Flächennormale aufgespannten Ebene („[[Einfallsebene]]“) liegt (TM = transversal magnetisch; man spricht hierbei auch von ''parallel-'', ''p-'' oder ''π-polarisiertem Licht'', da das bei isotropen Materialien zum Magnetfeld senkrechte elektrische Feld in der Einfallsebene liegt), und von ''TE-polarisiertem'' Licht, wenn das elektrische Feld senkrecht auf der Einfallsebene steht (TE = transversal elektrisch; man spricht hierbei auch von ''senkrecht-'', ''s-'' oder ''σ-polarisiertem Licht'').<ref>[https://ibsen.com/technology/polarization-definitions/ Polarization definitions, Ibsen Photonics]</ref> In Richtung des [[Brewster-Winkel]]s wird TM-polarisiertes Licht verstärkt in das Medium gebrochen anstatt reflektiert, das heißt, auch für unpolarisiertes einfallendes Licht ist das beim Brewster-Winkel ausfallende Licht immer TE-polarisiert. Beide Begriffe sind nur im Zusammenhang mit der reflektierenden Fläche definiert.

Bei zirkular oder elliptisch polarisiertem Licht unterscheidet man hinsichtlich der Drehrichtung des E- oder H-Vektors im Bezug auf die Ausbreitungsrichtung. Man spricht hier von links- oder rechtsdrehendem polarisiertem Licht (für die Bezeichnungskonventionen siehe oben).
[[Datei:Sigmaplusminus.svg|mini|Veranschaulichung von <math>\sigma^+</math>-, <math>\sigma^-</math>- und <math>\pi</math>-Polarisation anhand eines [[Übergang (Quantenmechanik)|atomaren Übergangs]], wie es in der [[Laserspektroskopie]] verwendet wird.|260x260px]]

In der [[Laserspektroskopie]] wird die zirkuläre Polarisation anstelle von ''rechts'' und ''links'' in <math>\sigma^+</math> („Sigma-Plus“) und <math>\sigma^-</math> („Sigma-Minus“) aufgeteilt, die bei atomaren Übergängen zwischen [[Energieniveau]]s eine Änderung der magnetischen [[Quantenzahl]] <math>m</math> von +1 bzw. −1 bewirkt. Linear polarisiertes Licht (<math>\Delta m = 0</math> beim atomaren Übergang) wird als <math>\pi</math>-polarisiertes Licht bezeichnet. Vorteil dieser Angabe ist die Unabhängigkeit vom Koordinatensystem (''rechts'' und ''links''); stattdessen bezieht sich die Angabe auf die gewählte [[Quantisierungsachse]] des Atoms.

=== Funkwellen ===
[[Funkwellen]] für den [[Rundfunk]] sind ''horizontal'' oder ''vertikal'' polarisiert, wobei stets der ''elektrische'' Feldvektor ausschlaggebend ist. Vertikale Polarisation und Rundstrahlcharakteristik ohne Auslöschungen ist mit einer einzelnen vertikalen Stab- oder Mastantenne ([[Antenne#Viertelwellenstrahler|Viertelwellendipol]]) zu erzielen. Beispiele sind Lang- und Mittelwellensender sowie mobile Anwendungen (Seefahrt, Luftfahrt, Polizei und Militär).

Punkt-zu-Punkt-Datenverbindungen und auch die [[Satellitenkommunikation]] verwenden oft Zirkularpolarisation, wobei der Drehsinn von Sendeantenne und Empfangsantenne übereinstimmen muss. Zirkularpolarisation ist nicht anfällig gegenüber polarisationsdrehenden Störungen beim Durchgang durch die [[Ionosphäre]] und spart eine Ausrichtungskoordinate bei an [[Raumfahrzeug]]en installierten [[Richtantenne]]n.

Waagerechte lineare Polarisation wird im [[Ultrakurzwelle|VHF]]- und [[Dezimeterwelle|UHF]]-Bereich genutzt und ist weniger anfällig gegen Reflexionen an (meist senkrechten) Metallmasten und damit verbundenem [[Mehrwegeempfang]] ([[Geisterbild]]er beim analogen Fernsehrundfunk). Weitverbindungen auf [[Kurzwelle]] erzielen hingegen mit waagerechter Polarisation eine bessere Reflexion an der [[Ionosphäre]].{{SchaufensterEnde|Polarisation elektromagnetischer Wellen}}