Световая волна состоит из многих цугив электромагнитных волн, излучаемых отдельными атомами.
Плоскость колебаний (плоскость колебаний светового вектора) для каждого цуга ориентирована случайно. Поэтому в естественном свете колебания различных направлений быстро и хаотично сменяют друг друга.
Свет, в котором направления колебаний каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Если колебания светового вектора происходит в одной плоскости, свет называют плоско-(или линейно-) поляризованным. Плоскость, в которой колеблется световой вектор, называется плоскостью колебаний. Плоскость, перпендикулярную плоскости колебаний, называют плоскостью поляризации.
Если конец светового вектора описывает эллипс, то свет называется эллиптически-поляризованным. Такой свет можно представить как сумму двух когерентных плоскополяризованным волн, плоскости колебаний которых взаимно перпендикулярны. Проекции световых векторов на соответствующие оси изменяются по закону.
При разности фаз эллипс вырождается в прямую - есть плоскополяризованный свет. При разности фаз и равенства амплитуд эллипс превращается в окружность. В этом случае мы циркулярно-поляризованный свет (круговая поляризация). В зависимости от направления вращения светового вектора различают правую и левую эллиптическую и круговую поляризации.
Плоскополяризованный свет можно получить из природного посредством поляризаторов. Эти приборы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости поляризатора и полностью задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости.
Пусть на поляризатор падает плоскополяризованный свет амплитудой и интенсивностью. Через прибор пройдет составляющая колебания с амплитудой где - угол между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью поляризатора. Интенсивность света, прошедшего через поляризатор,
Это соотношение носит название закона Малюса.
Поляризованный свет можно получить при отражении света на границе раздела двух сред. При угле падения, который удовлетворяет условию
(Закон Брюстера) отраженный луч - полностью поляризован. Колебания в отраженном луче происходят в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Степень поляризации преломленного луча при угле падения - максимальный, однако этот луч остается поляризованным лишь частично.
При прохождении света через анизотропные кристаллы происходит явление двойного лучепреломления. Падающий на кристалл естественный луч делится на два плоскополяризованный - обычный (0) и необыкновенный (е). Обычный луч подчиняется закону преломления, необычный - нет; для него показатель преломления различен в разных направлениях.
В каждом анизотропной кристалле существует направление (или два), вдоль которого двойное лучепреломление не происходит, а обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются с одинаковой скоростью. Такое направление называется оптической осью кристалла. Существуют одноосные кристаллы (кварц, исландский шпат) и двухосные (слюда, гипс). Произвольная плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главной плоскостью кристалла. Оптическая ось, поэтому плоскость рисунка является главной плоскостью. Если направление луча совпадает с оптической осью, то двойного лучепреломления нет.
Двойное лучепреломление лежит в основе работы поляризаторов: поляризационных призм и поляроидов. Поляризационная призма Николя (николь) представляет собой призму из исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом. Показатель преломления канадского бальзама n лежит между показателями преломления и обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле. Угол падения такой, что обыкновенный луч испытывает на слое клея полного внутреннего отражения и не проходит сквозь призму. С видно, что призма Николя пропускает только необыкновенный линийнополяризований луч.
В некоторых кристаллах один из лучей поглощается сильнее другого. Это явление называется дихроизм. Так, например, в кристалле турмалина обыкновенный луч на длине 1 мм поглощается практически полностью. Такое же свойство имеет целлулоидная пленка-поляроид, в которую введена большое количество одинаково ориентированных кристаллов сульфата йодистого хинина.