Волны бывают двух видов.Σε διαμήκη ταλαντευτική διαταραχή παράλληλη με την κατεύθυνση της διάδοσής τους. Ένα παράδειγμα είναι η διέλευση του ήχου στον αέρα. Τα εγκάρσια κύματα αποτελούνται από διαταραχές που βρίσκονται υπό γωνία 90 ° προς την κατεύθυνση της κίνησης. Για παράδειγμα, ένα κύμα που διέρχεται οριζόντια μέσω μιας μάζας νερού προκαλεί κατακόρυφες ταλαντώσεις στην επιφάνεια του.
Ορισμένες μυστηριώδεις οπτικές επιδράσεις που παρατηρήθηκαν στοστα μέσα του δέκατου έβδομου αιώνα, εξηγήθηκε όταν το πολωμένο και φυσικό φως άρχισε να θεωρείται φαινόμενο κύματος και ανακαλύφθηκαν οι κατευθύνσεις των ταλαντώσεων του. Το πρώτο λεγόμενο φαινόμενο πόλωσης ανακαλύφθηκε από το δανικό γιατρό Erasmus Bartholin το 1669. Ο επιστήμονας παρατήρησε διπλή διάθλαση, ή διχρωμία, στην Ισλανδία ή στο ασβεστόλιθο (κρυσταλλική μορφή ανθρακικού ασβεστίου). Όταν το φως περνάει από ασβεστίτη, το κρύσταλλο το διασπά, δημιουργώντας δύο εικόνες που μετατοπίζονται σε σχέση με το άλλο.
Ο Νεύτωνας γνώριζε για αυτό το φαινόμενο και πρότεινε ότι,ίσως τα σωμάτια του φωτός να έχουν ασυμμετρία ή "μονόπλευρη", που θα μπορούσε να είναι ο λόγος για τον σχηματισμό δύο εικόνων. Ο Huygens, ένας σύγχρονος του Νεύτωνα, μπόρεσε να εξηγήσει τη διπλή διάθλαση της θεωρίας του για τα στοιχειώδη κύματα, αλλά δεν κατάλαβε την πραγματική έννοια του αποτελέσματος. Το Birefringence παρέμεινε ένα μυστήριο μέχρι ο Thomas Young και ο γάλλος φυσικός Augustin-Jean Fresnel να υποθέσουν ότι τα φωτεινά κύματα είναι εγκάρσια. Μια απλή ιδέα έδωσε τη δυνατότητα να εξηγηθεί ποιο είναι το πολωμένο και το φυσικό φως. Αυτό παρέχει μια φυσική και απλή βάση για την ανάλυση των αποτελεσμάτων πόλωσης.
Η διχρωμία προκαλείται από ένα συνδυασμό δύοκάθετες πολώσεις, κάθε μία από τις οποίες έχει τη δική της ταχύτητα κύματος. Λόγω της διαφοράς στην ταχύτητα, τα δύο συστατικά έχουν διαφορετικούς δείκτες διάθλασης και ως εκ τούτου διαχωρίζονται διαφορετικά μέσω του υλικού, παράγοντας δύο εικόνες.
Η Fresnel ανέπτυξε γρήγορα ένα ολοκληρωμένο μοντέλο.διατμητικά κύματα, τα οποία οδήγησαν σε αμφιβολία και σε ορισμένα άλλα οπτικά εφέ. Μετά από σαράντα χρόνια, η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell εξήγησε με κομψό τρόπο την εγκάρσια φύση του φωτός.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα Maxwell αποτελούνται απόμαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία τα οποία κινούνται κάθετα στην κατεύθυνση της κίνησης. Τα πεδία είναι υπό γωνία 90 ° μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση, οι κατευθύνσεις διάδοσης των μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων αποτελούν το σωστό σύστημα συντεταγμένων. Για ένα κύμα με συχνότητα στ και το μήκος του λ (που σχετίζονται με λf = c), η οποία κινείται στην θετική x κατεύθυνση, τα πεδία περιγράφονται μαθηματικά:
Οι εξισώσεις δείχνουν ότι τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία βρίσκονται σε φάση μεταξύ τους. Σε κάθε δεδομένη στιγμή, φτάνουν ταυτόχρονα στις μέγιστες τιμές τους στο διάστημα, ίσες με το Ε0 και Β0. Αυτά τα πλάτη δεν είναι ανεξάρτητα. Οι εξισώσεις του Maxwell δείχνουν ότι η Ε0 = cB0 για όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε κενό.
Στην περιγραφή του προσανατολισμού του μαγνητικού και του ηλεκτρικούΤα πεδία φωτεινών κυμάτων συνήθως δείχνουν μόνο την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Ο φορέας μαγνητικού πεδίου καθορίζεται από την απαίτηση της κάθετης ευθυγράμμισης των πεδίων και της κάθετης τους προς την κατεύθυνση της κίνησης. Το φυσικό και γραμμικά πολωμένο φως διακρίνεται από το γεγονός ότι στα τελευταία τα πεδία ταλαντεύονται σε σταθερές κατευθύνσεις καθώς κινείται το κύμα.
Возможны и другие состояния поляризации.Στην περίπτωση κυκλικών διανυσμάτων, τα μαγνητικά και τα ηλεκτρικά πεδία περιστρέφονται σε σχέση με την κατεύθυνση της διάδοσης με ένα σταθερό εύρος. Το ελλειπτικά πολωμένο φως βρίσκεται σε μια ενδιάμεση θέση ανάμεσα σε γραμμικές και κυκλικές πολώσεις.
Άτομα στην επιφάνεια ενός θερμαινόμενου νήματος,που παράγουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ενεργούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Κάθε ακτινοβολία μπορεί να διαμορφωθεί υπό μορφή βραχέων αμαξοστοιχιών με διάρκεια 10 λεπτών-9 έως 10-8 δευτερολέπτων.Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα που προέρχεται από ένα πυρακτωμένο νήμα είναι μια υπέρθεση αυτών των αμαξοστοιχιών, καθένα από τα οποία έχει τη δική του κατεύθυνση πόλωσης. Το άθροισμα των τυχαία προσανατολισμένων αμαξοστοιχιών σχηματίζει ένα κύμα του οποίου ο φορέας πόλωσης αλλάζει γρήγορα και τυχαία. Ένα τέτοιο κύμα καλείται μη πολωμένο. Όλες οι φυσικές πηγές φωτός, συμπεριλαμβανομένου του Ήλιου, λαμπτήρων πυρακτώσεως, λαμπτήρων φθορισμού και φλογών, παράγουν τέτοια ακτινοβολία. Ωστόσο, το φυσικό φως είναι συχνά μερικώς πολωμένο λόγω της πολλαπλής σκέδασης και της αντανάκλασης.
Έτσι, η διαφορά μεταξύ πολωμένου φωτός και φυσικού φωτός είναι ότι στην πρώτη, οι ταλαντώσεις εμφανίζονται στο ίδιο επίπεδο.
Μπορεί να παράγεται πολωμένο φως στοπεριπτώσεων όπου ορίζεται ο χωροταξικός προσανατολισμός. Ένα παράδειγμα είναι η ακτινοβολία synchrotron, στην οποία φορτισμένα σωματίδια υψηλής ενέργειας κινούνται σε ένα μαγνητικό πεδίο και εκπέμπουν πολωμένα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Υπάρχουν πολλές γνωστές αστρονομικές πηγές που εκπέμπουν φυσικά πολωμένο φως. Αυτά περιλαμβάνουν νεφελώματα, υπολείμματα υπερκαινοφανών και ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες. Η πόλωση της κοσμικής ακτινοβολίας μελετάται προκειμένου να προσδιοριστούν οι ιδιότητες των πηγών της.
Το πολωμένο και το φυσικό φως διαχωρίζονταιόταν περνάει από μια σειρά υλικών, τα πιο κοινά των οποίων είναι το polaroid που δημιουργήθηκε από τον αμερικανικό φυσικό Edwin Land. Το φίλτρο αποτελείται από μακριές αλυσίδες μορίων υδρογονανθράκων που προσανατολίζονται προς μία κατεύθυνση από μια διαδικασία θερμικής επεξεργασίας. Τα μόρια απορροφούν επιλεκτικά ακτινοβολία του οποίου το ηλεκτρικό πεδίο είναι παράλληλο προς τον προσανατολισμό του. Το φως που αναδύεται από ένα polaroid είναι γραμμικά πολωμένο. Το ηλεκτρικό του πεδίο είναι κάθετο προς την κατεύθυνση προσανατολισμού των μορίων. Η Polaroid έχει βρει εφαρμογή σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένων των γυαλιών ηλίου και των φίλτρων, τα οποία μειώνουν την επίδραση του ανακλώμενου και διάσπαρτου φωτός.
Το 1808, ο φυσικός Etienne-Louis Malus το ανακάλυψετο φως που ανακλάται από τις μη μεταλλικές επιφάνειες είναι μερικώς πολωμένο. Ο βαθμός αυτής της επίδρασης εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης και τον δείκτη διάθλασης του ανακλώμενου υλικού. Σε μια ακραία περίπτωση, όταν η εφαπτομένη της γωνίας πρόσπτωσης της δέσμης στον αέρα είναι ίση με τον δείκτη διάθλασης του ανακλώμενου υλικού, το ανακλώμενο φως γίνεται πλήρως γραμμικά πολωμένο. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως νόμος Brewster (που ονομάζεται από τον ανακάλυψό του, ο σκωτσέζος φυσικός David Brewster). Η κατεύθυνση της πόλωσης είναι παράλληλη με την ανακλαστική επιφάνεια. Δεδομένου ότι η λάμψη της ημέρας τείνει να εμφανίζεται όταν αντανακλάται από οριζόντιες επιφάνειες, όπως δρόμοι και νερό, τα φίλτρα χρησιμοποιούνται συχνά σε γυαλιά ηλίου για να αφαιρεθεί οριζόντια πολωμένο φως και επομένως να αφαιρεθούν επιλεκτικά οι αντανακλάσεις του φωτός.
Διασπορά φωτός από πολύ μικρά αντικείμενα, διαστάσειςοι οποίες είναι πολύ μικρότερες από το μήκος κύματος (η αποκαλούμενη σκέδαση Rayleigh που ονομάστηκε από τον αγγλικό επιστήμονα Lord Rayleigh), δημιουργεί επίσης μερική πόλωση. Όταν η ηλιακή ακτινοβολία διέρχεται από την ατμόσφαιρα της γης, είναι διάσπαρτα από τα μόρια του αέρα. Η γη φτάνει σε διάχυτο πολωμένο και φυσικό φως. Ο βαθμός της πόλωσης εξαρτάται από τη γωνία σκέδασης. Δεδομένου ότι ένα άτομο δεν κάνει διάκριση μεταξύ φυσικού και πολωμένου φωτός, αυτό το φαινόμενο, κατά κανόνα, παραμένει απαρατήρητο. Παρ 'όλα αυτά, τα μάτια πολλών εντόμων αντιδρούν σε αυτό και χρησιμοποιούν τη σχετική πόλωση της διάσπαρτης ακτινοβολίας ως εργαλείο πλοήγησης. Ένα συμβατικό φίλτρο κάμερας, το οποίο χρησιμοποιείται για τη μείωση της ακτινοβολίας υποβάθρου σε έντονο ηλιακό φως, είναι ένας απλός γραμμικός πολωτής που χωρίζει το φυσικό και πολωμένο φως του Rayleigh.
Τα αποτελέσματα της πόλωσης παρατηρούνται οπτικάανισότροπα υλικά (στα οποία ο δείκτης διάθλασης μεταβάλλεται ανάλογα με την κατεύθυνση της πόλωσης), όπως διχρωματικοί κρύσταλλοι, μερικές βιολογικές δομές και οπτικά ενεργά υλικά. Οι τεχνολογικές εφαρμογές περιλαμβάνουν μικροσκόπια πόλωσης, οθόνες υγρών κρυστάλλων και οπτικά όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη υλικών.
