Polaryzacja to własność fali poprzecznej (np. światło). Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym wybranym kierunku. Fala niespolaryzowana może być traktowana jako złożenie wielu fal drgających w różnych kierunkach. W naturze większość źródeł promieniowania elektromagnetycznego wytwarza fale niespolaryzowane. Polaryzację można rozpatrywać tylko dla fal rozchodzących się w trójwymiarowej przestrzeni, czyli nie odnosi się ona do fal morskich. Fale dźwiękowe również nie mogą być opisywane przez polaryzację, bo są falami podłużnymi.
TeoriaPodstawy: fale płaskieNajłatwiej jest sobie wyobrazić polaryzację płaskich fal sinusoidalnych. W większości przypadków takie podejście dla światła jest zgodne z rzeczywistością. Płaska fala elektromagnetyczna cechuje się tym, że wektory pola magnetycznego oraz elektrycznego leżą w jednej płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji fali. Polaryzacja odnosi się wyłącznie do wektora pola elektrycznego. Wektor ten można rozłożyć na dwie składowe prostopadłe do siebie. Zmiany tych składowych dają się opisać funkcjami sinusoidalnymi. Znaczy to że wystarczy podać ich fazę, amplitudę oraz częstotliwość. W tym przypadku obie składowe zawsze mają taką samą częstotliwość równą częstotliwości fali elektromagnetycznej.
Umieszczone tutaj ilustracje przedstawiają zmiany wektora pola elektrycznego (niebieski) w czasie razem z jego składowymi na dwie prostopadłe osie (czerwony/lewy oraz zielony/prawy) wykonanych przez wektora w płaszczyźnie czoła fali (różowe):
Liniowa
Kołowa
Eliptyczna
Przypadek po lewej jest szczególny, ponieważ dwie składowe wektora pola elektrycznego opisują funkcje sinusoidalne o fazach przesuniętych o 180°. Wektor zawsze znajduje się w pewnej płaszczyźnie nazywaną płaszczyzną polaryzacji.
Jeżeli funkcje opisujące długość obu składowych wektora mają różnice faz równą 0° lub 180°, to fala ma polaryzację liniową. Kierunek polaryzacji zależy od stosunku amplitud funkcji opisujących składowe oraz tego, czy różnica faz wynosi 180° czy 0°.
Przypadek środkowy też jest szczególny. Sinusoidy opisujące prostopadłe składowe wektora są przesunięte dokładnie o 90°, a ich amplitudy są takie same. W efekcie wektor pola elektrycznego zatacza okręgi. Jest to polaryzacja kołowa. W zależności do tego, czy fazy są przesunięte o 90° czy 270°, mówimy o polaryzacji kołowej prawoskrętnej lub polaryzacji kołowej lewoskrętnej. Wynika to faktu, że wektor może się obracać albo w lewo albo w prawo
Przypadek po prawej jest najbardziej ogólny. Różnica faz jest nierówna wielokrotności 90°. Koniec wektora pola elektrycznego zatacza elipsy. W takiej sytuacji mówimy o polaryzacji eliptycznej. Efekt jest podobny jak dla złożenia na oscyloskopie dwóch fal sinusoidalnych (jedna na oś X, druga na Y) o różnych fazach oraz amplitudach (figura Lissajous).