Glan-Foucault-Prismus

Ein Glan-Foucault-Prisma ist ein polarisierendes optisches Element aus zwei Kalkspat-Blöcken (kristallines Kalziumkarbonat), die an ihren Hypotenusenflächen mit einem dünnen Luftspalt zwischen sich verkittet sind, üblicherweise 0,1 bis 0,5 mm. Licht, das in den ersten Block eindringt, spaltet sich nach der Doppelbrechung des Kristalls in ordentliche und außerordentliche Strahlen auf; der Luftspalt und die abgewinkelte Geometrie führen dazu, dass eine Polarisationsrichtung an der Grenzfläche reflektiert wird, während die andere hindurchtritt und aus unpolarisiertem Eingangslicht linear polarisiertes Ausgangslicht erzeugt.

Das Prisma funktioniert durch Ausnutzung der Totalreflexion. Wenn der ordentliche Strahl unter einem Winkel steiler als der kritische Winkel (etwa 33 Grad für Kalkspat) auf den Luftspalt trifft, wird er als Abfall reflektiert; der außerordentliche Strahl, der sich mit einer anderen Geschwindigkeit ausbreitet, trifft die Grenzfläche unter einem flacheren Winkel und tritt durch. Diese Geometrie macht das Glan-Foucault-Prisma effizienter als einfachere Ausführungen, weil der Luftspalt einen größeren Akzeptanzwinkel ermöglicht und chromatische Effekte gegenüber gekitteten Varianten verringert.

Varianten und praktische Grenzen

Verwandte Ausführungen sind das Glan-Thompson-Prisma (Luftspalt an der senkrechten Grenzfläche statt an der Hypotenuse) und der Glan-Polarisator (verklittet ohne Luftspalt). Das Glan-Foucault nimmt die Mittelposition ein: besseres Extinktionsverhältnis und bessere Transmission als Glan-Polarisatoren im sichtbaren Bereich, aber empfindlicher gegenüber mechanischen Spannungen und Temperaturänderungen, weil sich der Luftspalt ausdehnen oder zusammenziehen kann. Standardmäßige klare Öffnungen liegen zwischen 10 und 25 mm. Extinktionsverhältnisse erreichen typischerweise 1:10.000 oder besser im sichtbaren Bereich.

Das Prisma ist nach Augustin-Jean Fresnels Polarisationsarbeiten benannt, die Leon Foucault in den 1850er Jahren weiterentwickelt hat. Es bleibt verbreitet in der Laborspektroskopie, Laserarbeit und optischer Messtechnik, wo unpolarisiertes Licht ohne nennenswerte Verluste in einen reinen linearen Zustand umgewandelt werden muss. Hochleistungs-Laserauwendungen lehnen es oft ab, weil der reflektierte Strahl Strahlungsschäden stromabwärts verursachen kann, und thermische Linseneffekte in den Kristallen werden oberhalb von wenigen Watt problematisch.

Die Haltbarkeit hängt davon ab, dass der Luftspalt sauber und das Gehäuse starr bleibt. Staubverschmutzung, Feuchtigkeitszyklen und Vibrationen können die Leistung beeinträchtigen. Der Kalkspat selbst ist spröde und anfällig für mechanische Stöße; Ecken und Kanten zerfasern leicht. Lagerung in trockener Umgebung und Vermeidung von Temperaturschocks sind Standardpraxis. Die Kosten sind moderat im Vergleich zu anderen Präzisions-Polarisatoren, was das Design in Unterrichtslaboren und Standard-Optikbänken verbreitet macht.