Волны бывают двух видов.В надлъжно осцилаторно смущение е успоредно на посоката на тяхното разпространение. Пример за това е преминаването на звука във въздуха. Напречните вълни се състоят от смущения, които са под ъгъл от 90 ° спрямо посоката на преместване. Така например, вълна, преминаваща хоризонтално през маса вода, причинява вертикални колебания на повърхността й.
Редица мистериозни оптични ефекти, наблюдавани вв средата на 17-и век, беше обяснено, когато поляризираната и естествена светлина започна да се разглежда като вълнов феномен и се откриват посоките на колебанията. Първият така наречен поляризационен ефект бе открит от датския лекар Еразъм Бартолин през 1669 г. Scientific наблюдава двойно пречупване или двойно пречупване в Исландия греда или калций (кристална форма на калциев карбонат). Когато светлината преминава през калцит, кристалът я разделя, като образува две изображения, изместени един спрямо друг.
Нютон е знаел за това явление и е предложил,може би светлините имат асиметрия или "едностранчивост", която може да бъде причината за образуването на две образи. Хюйгенс, съвременник на Нютон, успя да обясни двойното пречупване на теорията си за елементарните вълни, но не разбираше истинското значение на ефекта. Двойното пречупване остава мистерия, докато Томас Йънг и френският физик Августин-Жан Френел предположиха, че светлинните вълни са напречни. Една проста идея направи възможно да се обясни коя поляризирана и естествена светлина е. Това предостави естествена и неусложнена основа за анализ на поляризационните ефекти.
Двойното пречупване се дължи на комбинация от двеперпендикулярни поляризации, всяка от които има своя скорост на вълната. Поради разликата в скоростта, двата компонента имат различни индекси на пречупване и следователно те се различават по друг начин през материала, като произвеждат две изображения.
Fresnel бързо разработи цялостен моделнапречни вълни, които са довели до двойното лъчепречупване и редица други оптични ефекти. Четиридесет години по-късно, електромагнитната теория на Максуел елегантно обяснява напречната характер на светлината.
Електромагнитните вълни на Максуел са съставени отмагнитни и електрически полета, осцилиращи перпендикулярно на посоката на преместване. Полетата са под ъгъл 90 ° една спрямо друга. В този случай посоките на разпространение на магнитните и електрическите полета образуват дясна координатна система. За вълна с честота е и дължина λ (те са свързани чрез зависимост λf = s), който се движи в положителна посока x, полетата са описани математически:
Уравненията показват, че електрическото и магнитното поле са във фаза един с друг. Във всеки един момент те едновременно достигат своите максимални стойности в пространството, равни на Е0 и Б0, Тези амплитуди не са независими. Уравненията на Максуел показват, че Е0 = cB0 за всички електромагнитни вълни във вакуум.
В описанието на ориентацията на магнитното и електрическотоПолетата за светлинни вълни обикновено показват само посоката на електрическото поле. Векторът на магнитното поле се определя от изискването за перпендикулярност на полетата и тяхната перпендикулярност спрямо посоката на движение. Естествената и линейно поляризираната светлина се отличава с факта, че във вторите полетата се движат в неподвижни посоки, когато вълната се движи.
Други състояния на поляризация са възможни.В случая на кръгови вектори, магнитните и електрическите полета се въртят спрямо посоката на разпространение с постоянна амплитуда. Елиптично поляризираната светлина е в междинно положение между линейни и кръгови поляризации.
Атомите на повърхността на нагрятата нишка,които генерират електромагнитно излъчване, действат независимо един от друг. Всяко лъчение може приблизително да бъде моделирано като краткотрайни влакове с продължителност от 10-9 до 10-8 секунди.Една електромагнитна вълна, излъчвана от нажежаема жичка, е суперпозиция на тези влакове, всяка от които има своя собствена посока на поляризация. Сумата от произволно ориентирани отрязъци образува вълна, чийто поляризационен вектор се променя бързо и случайно. Такава вълна се нарича неполяризирана. Всички естествени източници на светлина, включително слънцето, лампи с нажежаема жичка, флуоресцентни лампи и пламъци, произвеждат такова лъчение. Въпреки това, естествената светлина често е частично поляризирана поради множественото разсейване и отражение.
Така, разликата между поляризираната светлина от естествената светлина е, че в първите колебания се появяват в същата равнина.
Поляризирана светлина може да се произведе вслучаи, при които се определя пространствената ориентация. Един пример е синхротронното лъчение, в което високоенергично заредени частици се движат в магнитно поле и излъчват поляризирани електромагнитни вълни. Има много известни астрономически източници, които излъчват естествено поляризирана светлина. Те включват мъглявини, остатъци от супернови и активни галактически ядра. Изследва се поляризацията на космическото излъчване, за да се определят свойствата на неговите източници.
Поляризирано и естествено осветление.когато преминава през редица материали, най-често срещаните от които са полароидите, създадени от американския физик Едуин Ланд. Филтърът се състои от дълги вериги от въглеводородни молекули, ориентирани в една посока чрез процес на топлинна обработка. Молекулите селективно абсорбират лъчение, чието електрическо поле е успоредно на ориентацията им. Светлината, излизаща от полароида, е линейно поляризирана. Неговото електрическо поле е перпендикулярно на посоката на ориентация на молекулите. Polaroid намери приложение в много области, включително слънчеви очила и светлинни филтри, намалявайки ефекта на отразената и разсеяна светлина.
През 1808 г. физикът Етиен Луис Малус открива товаСветлината, отразена от неметалните повърхности, е частично поляризирана. Степента на този ефект зависи от ъгъла на разпространение и индекса на пречупване на отразяващия материал. В един от крайните случаи, когато тангентата на ъгъла на натоварване на лъча във въздуха е равна на индекса на пречупване на отразяващия материал, отразената светлина става напълно линеарно поляризирана. Това явление е известно като закона на Брустър (кръстен на откривателя му, шотландският физик Дейвид Брюстър). Посоката на поляризация, успоредна на отразяващата повърхност. Тъй като отблясъците през деня обикновено се появяват, когато се отразяват от хоризонтални повърхности, като пътища и вода, филтрите често се използват в слънчеви очила, за да уловят хоризонтално поляризираната светлина и следователно селективно отстраняват светлинните отражения.
Рассеяние света очень мелкими объектами, размеры който е много по-малък от дължината на вълната (така нареченото разсейване на Rayleigh, наречено след английския учен лорд Рейли), също създава частична поляризация. Когато слънчевата радиация преминава през земната атмосфера, тя се разпръсква от молекулите на въздуха. Земята достига дифузна поляризирана и естествена светлина. Степента на поляризация зависи от ъгъла на разсейване. Тъй като човекът не прави разлика между естествена и поляризирана светлина, този ефект по правило остава незабелязан. Независимо от това, очите на много насекоми реагират на него и използват относителната поляризация на разсеяната радиация като навигационен инструмент. Конвенционален светлинен филтър на камера, използван за намаляване на фоновото излъчване при ярка слънчева светлина, е обикновен линеен поляризатор, който разделя естествената и поляризирана светлина на Rayleigh.
Поляризиращите ефекти се наблюдават оптическианизотропни материали (в които индексът на пречупване се променя с посоката на поляризация), като двуреактивни кристали, някои биологични структури и оптично активни материали. Технологичните приложения включват поляризиращи микроскопи, дисплеи с течни кристали и оптични инструменти, използвани за изучаване на материали.
