Polaryzacja światła jest zjawiskiem, w którym światło ujawnia swoje właściwości jako fala poprzeczna. Światło jest falą elektromagnetyczną polegającą na rozchodzeniu się na przemian zmiennych pól elektrycznych i magnetycznych, których linie są do siebie wzajemnie prostopadłe. Wektory natężenia pola elektrycznego E i indukcji magnetycznej B zmieniając się „drgają” przypadkowo w różnych kierunkach, ale zawsze prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali. Gdy wektor E i tym samym wektor B mają tylko jeden wyróżniony kierunek, to światło jest spolaryzowane liniowo.



Do polaryzacji światła służą polaryzatory. Są to substancje o takich właściwościach, że światło po przejściu przez nie ma jeden wyróżniony kierunek, w którym drga wektor natężenia pola elektrycznego i prostopadle do niego drga wektor indukcji magnetycznej pola magnetycznego.Jeśli tak spolaryzowane światło trafi na drugi polaryzator skręcony względem pierwszego o 90°, to drgania zostaną całkowicie wygaszone i światło przez niego nie przejdzie.



Światło ulega częściowej polaryzacji podczas odbicia od granicy dwóch ośrodków. Jeśli kąt padania α spełnia taki warunek, że:

tgα =n2/1,

to promień odbity jest całkowicie spolaryzowany liniowo w ten sposób,że wektor E jest równoległy do płaszczyzny odbijającej światło. Kąt padania, spełniający ten warunek, nazywa się kątem Brewstera. Można wykazać, że gdy promień odbity jest całkowicie spolaryzowany, to tworzy z promieniem załamanym kąt prosty.

Ponieważ światło odbite jest spolaryzowane, to można wygaszać je za pomocą polaryzatorów. Taką rolę spełniają szkła w okularach polaroidowych, które redukują odblaskowe światło odbite.

Praktyczne znaczenie polaryzacji

Życie codzienne

Aby uzyskać światło spolaryzowane można wykorzystać filtr polaryzacyjny. Ma on zdolność do przepuszczania tylko fal świetlnych o polaryzacji liniowej. Kierunek tej polaryzacji jest stały i ściśle związany z konstrukcją filtra. Jeżeli przepuścimy światło niespolaryzowane przez dwa takie filtry i zaczniemy je obracać, to światło na zmianę będzie przygasać oraz rozbłyskać. Kiedy dwa filtry polaryzacyjne są ustawione tak, że przepuszczają tylko fale oscylujące w prostopadłych płaszczyznach, to światło nie przechodzi. Jeżeli płaszczyzny polaryzacji są takie same, to efekt jest taki jak dla jednego filtra. Okulary przeciwsłoneczne z filtrem polaryzacyjnym zmniejszają jasność nieba w słoneczny dzień.

Tchnologia

Polaryzacja jest praktyczne wykorzystywana w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD). Ciekły kryształ, do którego przyłożono napięcie elektryczne powoduje zmianę polaryzacji przechodzącego przez niego światła. Jeżeli połączymy szereg kryształów oddziałujących z różnymi długościami promieniowania, to możemy w ten sposób uzyskać obraz kolorowy. Zmiana polaryzacji światła odnosi się tylko do promieni biegnących prostopadle do płaszczyzny ekranu. W efekcie obraz z wyświetlacza LCD staje się nie wyraźny jeżeli patrzymy na niego z boku. Ludzkie oko nie dostrzega polaryzacji i dlatego ekran musi zawierać filtry polaryzacyjne, co zwiększa jego ciężar oraz powoduje, że jest sztywny.

Kolejnym praktycznym wykorzystaniem zjawiska polaryzacji jest technika projekcji w kinach IMAX. Widz zakłada specjalne okulary wyposażone w filtry polaryzacyjne. Płaszczyzny polaryzacji w okularze lewym i prawym są odwrócone o 90 °. Projektor jest podwójny. Równocześnie wyświetlane są dwa obrazy. Każdy z obiektywów projektora też zawiera filtr polaryzacyjny. Jeden obrócony jest względem drugiego o 90° W efekcie jedno oko widzi film wyświetlany przez lewy projektor, a drugie przez prawy. Kamera IMAX również składa się z dwóch obiektywów i rejestruje równocześnie dwa obrazy. Ich osie optyczne są przesunięte względem siebie o odległość zbliżoną do rozstawu ludzkich oczu. W efekcie do widza dociera taki sam obraz, jak gdyby osobiście znajdował się na planie filmowym. Zdolność człowieka to widzenia stereoskopowego powoduje, że pojawia się złudzenie głębi. Obraz wychodzi z ekranu. Filtr polaryzacyjny jest używany w kinie IMAX, bo ma małą masę i nie utrudnia oglądania pokazu filmowego.

Spolaryzowane liniowo wiązki fal radiowych wykorzystywane są w technice radarowej.

W astronomii obserwacja polaryzacji światła pozwala określić, czy zostało ono rozproszone przed dotarciem do teleskopu

Zoologia

Niektóre zwierzęta mają zdolność do postrzegania polaryzacji światła. Jednym z zastosowań tej zdolności jest określanie kierunku. Płaszczyzna liniowej polaryzacji światła rozproszonego przez atmosferę (niebo) jest prostopadła do kierunku, z którego świeci Słońce. Z tej własności światła korzystają niektóre owady w tym pszczoły. Mózg pszczoły rejestruje odległość oraz azymut względem Słońca na trasie jaką pokonuje ona wracając z nektarem do gniazda. W środku owad rozpoczyna specjalny taniec, którym przekazuje te informacje innym pszczołom. Dzięki temu wszystkie zbieraczki nektaru mogą łatwo odnaleźć bogate źródło pożywienia.

Polaryzacja jest postrzegana przez ośmiornice, kałamarnice oraz mątwy. Zwierzęta te wykorzystują spolaryzowane światło do komunikacji. Ich ciała pokrywają wzory widoczne tylko przez filtry polaryzacyjne. Niektóre głowonogi mają tez zdolność dynamiczne zmiany tych wzorów. W ten sposób mogą przekazywać sobie sygnały godowe lub odstraszać napastników.

Polaryzacja światła jest widoczne również dla oczu ptaków. Oprócz nawigacji ptaki używają uzyskanych w ten sposób informacji do poszukiwania prądów wznoszących pozwalających im na szybowanie bez wydatkowania energii.