Фотонната поляризация е
Една електромагнитна вълна може да бъде разложена (както теоретично, така и практически) на два поляризирани компонента, например поляризирани вертикално и хоризонтално. Други разширения са възможни, например в различна двойка взаимно перпендикулярни посоки или в два компонента с лява и дясна кръгова поляризация. Когато се опитвате да разширите линейно поляризирана вълна в кръгови поляризации (или обратно), ще се появят два компонента с половин интензитет.
Както от квантова, така и от класическа гледна точка, поляризацията може да бъде описана чрез двуизмерен комплексен вектор (вектор на Джоунс). Фотонната поляризация е една от q-битовите реализации.
Светлината на слънцето, която е топлинно излъчване, няма поляризация, но разсеяната светлина на небето придобива частична линейна поляризация. Поляризацията на светлината също се променя при отражение. Приложенията на поляризационни филтри във фотографията и др. се основават на тези факти.
Излъчването на антената обикновено е линейно поляризирано.
Чрез промяна на поляризацията на светлината при отражение от повърхността може да се прецени повърхностната структура, оптичните константи и дебелината на пробата.
Ако разсеяната светлина е поляризирана, тогава с помощта на поляризиращ филтър с различна поляризация е възможно да се ограничи преминаването на светлина. Интензитетът на светлината, преминаваща през поляризаторите, се подчинява на закона на Малус. LCD дисплеите работят на този принцип.
Някои живи същества, като например пчелите, могат да различават линейната поляризация на светлината, което им дава допълнителни възможности за ориентация в пространството. Установено е, че някои животни, като скаридата паунова богомолка [1], могат да различават кръгово поляризирана светлина, т.е. светлина с кръгова поляризация.
История на откритията
Откриването на поляризирани светлинни вълни е предшествано от работата на много учени. През 1669 г. датският учен Е. Бартолин съобщава за своите експерименти с кристали от варовиков шпат (CaCO3), най-често под формата на правилен ромбоедър, които са донесени от моряци, завръщащи се от Исландия. Той беше изненадан да открие, че лъч светлина, преминаващ през кристал, се разделя на два лъча (сега наричани обикновен и необикновен). Бартолин провежда задълбочено изследване на откритото от него явление двойно пречупване, но не може да даде обяснение. Двадесет години след експериментите на Е. Бартолин, неговото откритие привлича вниманието на холандския учен Х. Хюйгенс. Самият той започва да изследва свойствата на кристалите от исландски шпат и дава обяснение на явлението двойно пречупване въз основа на своята вълнова теория на светлината. В същото време той въведе важната концепция за оптичната ос на кристала, по време на въртене около която няма анизотропия на свойствата на кристала, т.е. тяхната зависимост от посоката (разбира се, не всички кристали имат такава ос). В своите експерименти Хюйгенс отива по-далеч от Бартолин, прекарвайки и двата лъча, които излизат от исландски кристал от шпат, през втори подобен кристал. Оказа се, че ако оптичните оси на двата кристала са успоредни, тогава по-нататъшно разлагане на тези лъчи вече не се случва. Ако вторият ромбоедър се завърти на 180 градуса около посоката на разпространение на обикновен лъч, тогава при преминаване през втория кристал необикновеният лъч претърпява изместване в посока, обратна на изместването в първия кристал, и двата лъча ще излязат от такава система, свързана в един лъч. Установено е също, че в зависимост от ъгъла между оптичните оси на кристалите интензитетът на обикновените и необичайните лъчи се променя. Тези проучвания се доближихаХюйгенс до откриването на явлението поляризация на светлината, но той не можа да направи решителна стъпка, тъй като светлинните вълни в неговата теория се приемаха за надлъжни. За да обясни експериментите на Х. Хюйгенс, И. Нютон, който се придържаше към корпускулярната теория на светлината, изложи идеята за липсата на аксиална симетрия на светлинния лъч и по този начин направи важна стъпка към разбирането на поляризацията на светлината. През 1808 г. френският физик Е. Малус, гледайки през парче исландски шпат прозорците на Люксембургския дворец в Париж, блестящи в лъчите на залязващото слънце, забеляза с изненада, че при определено положение на кристала се вижда само едно изображение. Въз основа на този и други експерименти и разчитайки на корпускулярната теория на Нютон за светлината, той предполага, че корпускулите в слънчевата светлина са произволно ориентирани, но след отражение от повърхност или преминаване през анизотропен кристал, те придобиват определена ориентация. Такава "подредена" светлина той нарича поляризирана.
Параметри на Стокс
По принцип една плоска монохроматична вълна има дясна или лява елиптична поляризация. Пълната характеристика на елипсата се дава от три параметъра, например полудължините на страните на правоъгълника, в който е вписана поляризационната елипсаA1,A2 и фазовата разлика φ, или полуосите на елипсатаa,bи ъгълът ψ между остаxи голямата ос на елипсата. Удобно е да се опише елиптично поляризирана вълна въз основа на параметрите на Стокс:
..
, .
Само три от тях са независими, защото самоличността е истинска:
.
Ако въведем допълнителен ъгъл χ, определен от израза (знакът съответства на дясната, а - на лявата поляризация), тогава можем да получим следните изрази за параметрите на Стокс:
,
,
.
Базиранот тези формули може да се характеризира поляризацията на светлинна вълна по ясен геометричен начин. В този случай параметрите на Стокс , , се интерпретират като декартови координати на точка, разположена върху повърхността на сфера с радиус . Ъглите и имат значението на сферичните ъглови координати на тази точка. Това геометрично представяне е предложено от Поанкаре, така че тази сфера се нарича сфера на Поанкаре.
Наред с , се използват и нормализираните параметри на Стокс , . За поляризирана светлина.