Valovi dolaze u dva oblika.U uzdužnim vibracijskim poremećajima paralelnim s smjerom njihovog širenja. Primjer je prolazak zvuka u zraku. Poprečni valovi sastoje se od poremećaja koji su pod kutom od 90 ° prema smjeru kretanja. Tako, na primjer, val koji prolazi vodoravno kroz masu vode uzrokuje vertikalne oscilacije na njegovoj površini.
Niz tajanstvenih optičkih efekata opaženih uSredina 17. stoljeća bila je objašnjena kada se polarizirano i prirodno svjetlo počelo smatrati valnim fenomenom i kada su otkriveni pravci njegovih oscilacija. Prvi takozvani efekt polarizacije otkrio je danski liječnik Erasmus Bartolin 1669. godine. Znanstvenik je uočio dvostruku refrakciju ili birefringenciju u islandskoj lopatici ili kalcitu (kristalni oblik kalcijevog karbonata). Kad svjetlost prođe kroz kalcit, kristal ga dijeli, stvarajući dvije slike koje su međusobno odmaknute.
Newton je bio svjestan ovog fenomena i sugerirao je da,možda su svjetlosni trupci asimetrični ili “jednostrani”, što bi moglo biti razlog za stvaranje dvije slike. Huygens, Newtonov suvremenik, mogao je objasniti dvostruko lomljenje teorijom elementarnih valova, ali nije shvatio pravo značenje učinka. Birefringence je ostao misterija dok Thomas Jung i francuski fizičar Augustin-Jean-Fresnel nisu sugerirali da su svjetlosni valovi poprečni. Jednostavna ideja omogućila je objašnjenje što je polarizirano i prirodno svjetlo. To je pružilo prirodnu i nekompliciranu osnovu za analizu učinaka polarizacije.
Birefringence uzrokovana kombinacijom dvajuokomite polarizacije od kojih svaka ima svoju valnu brzinu. Zbog razlike u brzini, dvije komponente imaju različite indekse loma, pa se zbog toga različito prelažu kroz materijal, stvarajući dvije slike.
Fresnel je brzo razvio opsežni modelpoprečni valovi, što je dovelo do bifrefencije i niza drugih optičkih efekata. Četrdeset godina kasnije, Maxwell-ova elektromagnetska teorija elegantno je objasnila poprečnu prirodu svjetlosti.
Maxwell-ovi elektromagnetski valovi sačinjeni sumagnetska i električna polja osciliraju okomito na smjer kretanja. Polja su pod kutom od 90 ° jedan prema drugom. U ovom slučaju, pravci širenja magnetskog i električnog polja tvore desni koordinatni sustav. Za val s frekvencijom f i duljine λ (povezane su sa λf = s), koji se kreće u pozitivnom x smjeru, polja su matematički opisana:
Jednadžbe pokazuju da su električno i magnetsko polje jedno s drugim u fazi. U bilo kojem trenutku vremena istodobno dosežu svoje maksimalne vrijednosti u prostoru jednake E0 i B0, Te amplitude nisu neovisne. Maxwellove jednadžbe pokazuju da je E0 = cB0 za sve elektromagnetske valove u vakuumu.
U opisu orijentacije magnetske i električnepolja svjetlosnih valova obično označavaju samo smjer električnog polja. Vektor magnetskog polja određen je zahtjevom okomitosti polja i njihove okomitosti na smjer kretanja. Prirodna i linearno polarizirana svjetlost razlikuje se činjenicom da u posljednjem polju oni osciliraju u fiksnim smjerovima kako se val kreće.
Moguća su i druga stanja polarizacije.U slučaju kružnih vektora magnetskog i električnog polja rotira se u odnosu na smjer širenja s konstantnom amplitudom. Eliptično polarizirana svjetlost nalazi se u intermedijarnom položaju između linearne i kružne polarizacije.
Atomi na površini grijane niti,koji stvaraju elektromagnetsko zračenje, djeluju neovisno jedan o drugom. Svako zračenje može se modelirati u obliku kratkih vlakova u trajanju od 10-9 do 10-8 секунды.Elektromagnetski val koji izlazi iz žarulje sa žarnom niti je superpozicija ovih vlakova, od kojih svaki ima svoj smjer polarizacije. Zbroj nasumično orijentiranih vlakova formira val čiji se vektor polarizacije brzo i slučajno mijenja. Takav val nazivamo nepolariziranim. Svi prirodni izvori svjetlosti, uključujući Sunce, žarulje sa žarnom niti, fluorescentne žarulje i plamen, proizvode takvo zračenje. Međutim, prirodno svjetlo je često djelomično polarizirano zbog višestrukog raspršivanja i refleksije.
Dakle, razlika između polarizirane svjetlosti i prirodne svjetlosti je u tome što se u prvom trenutku oscilacije događaju u istoj ravnini.
Polarizirana svjetlost može se proizvesti uslučajevi kada je definirana prostorna orijentacija. Jedan primjer je sinkrotronsko zračenje, u kojem se visokoenergetske čestice kreću u magnetskom polju i emitiraju polarizirane elektromagnetske valove. Postoji mnogo poznatih astronomskih izvora koji emitiraju prirodno polariziranu svjetlost. To uključuje maglice, ostatke supernove i aktivna galaktička jezgra. Proučava se polarizacija kozmičkog zračenja kako bi se utvrdila svojstva njegovih izvora.
Polarizirano i prirodno svjetlo su razdvojenipri prolasku kroz niz materijala od kojih je najčešći polaroid koji je stvorio američki fizičar Edwin Land. Filter se sastoji od dugih lanaca molekula ugljikovodika usmjerenih u jednom smjeru postupkom toplinske obrade. Molekule selektivno apsorbiraju zračenje čije je električno polje paralelno s njihovom orijentacijom. Svjetlost koja izlazi iz polaroida linearno je polarizirana. Njegovo je električno polje okomito na smjer orijentacije molekula. Polaroid je našao primjenu u mnogim područjima, uključujući sunčane naočale i filtere, koji smanjuju učinak reflektirane i raspršene svjetlosti.
1808. to je otkrio fizičar Etienne-Louis Malussvjetlost koja se odbija od nemetalnih površina djelomično je polarizirana. Stupanj ovog učinka ovisi o padnom kutu i indeksu loma reflektirajućeg materijala. U jednom ekstremnom slučaju, kada je tangenta kuta upada zrake u zrak jednaka indeksu loma reflektirajućeg materijala, reflektirana svjetlost postaje potpuno linearno polarizirana. Ovaj fenomen poznat je pod nazivom Brewster's Law (nazvan po svom otkriću, škotskom fizičaru Davidu Brewsteru). Smjer polarizacije je paralelan s reflektirajućom površinom. Budući da se bljesak dnevnog svjetla obično pojavljuje kada se odbija od vodoravnih površina poput cesta i vode, sunčane naočale često koriste filtre za hvatanje vodoravno polariziranog svjetla i stoga selektivno uklanjanje refleksije svjetla.
Raspršivanje svjetla po vrlo malim predmetima, dimenzijamakoja je mnogo manja od valne duljine (tzv. Rayleigh raspršivanje nakon engleskog znanstvenika lorda Rayleigha) također stvara djelomičnu polarizaciju. Kad sunčevo zračenje prođe kroz Zemljinu atmosferu, ono se raspršuje molekulama zraka. Difuzno polarizirano i prirodno svjetlo dopire do zemlje. Stupanj njegove polarizacije ovisi o kutu raspršivanja. Budući da osoba ne razlikuje prirodnu i polariziranu svjetlost, taj učinak u pravilu prolazi nezapaženo. Ipak, oči mnogih insekata reagiraju na to i oni koriste navigacijski alat relativne polarizacije raspršenog zračenja. Uobičajeni filtar za kameru, koji se koristi za smanjenje pozadinskog zračenja na jakoj sunčevoj svjetlosti, jednostavan je linearni polarizer koji odvaja prirodno i polarizirano Rayleigh svjetlo.
Polarizacijski efekti opažaju se optičkianizotropni materijali (kod kojih se indeks loma mijenja s smjerom polarizacije), poput dvospolnih kristala, nekih bioloških struktura i optički aktivnih materijala. Tehnološke primjene uključuju polarizacijske mikroskope, prikaze s tekućim kristalima i optičke instrumente koji se koriste za proučavanje materijala.
