Поларизација е особина што се однесува на попречни бранови кои ја одредуваат геометриската ориентација на осцилациите. Кај попречен бран, правецот на осцилација е нормален на правецот на брановото движење, па осцилациите можат да имаат различни правци нормални на правецот на бранот. Едноставен пример за поларизиран попречен бран се вибрациите кои се движат по затегната жица (види слика); на пример, кај музички инструменти како што е гитарата. Зависно од тоа како ги движиме жиците, вибрациите можат да бидат во вертикален правец, хоризонтален правец или под било кој агол кој е нормален на жиците. Наспроти тоа, кај надолжните бранови, како што се звучните бранови во течност или гас, поместувањето на честичките кај осцилацијата се секогаш во правец на ширењетом па овие бранови не се поларизирани. Попречните бранови што покажуваат поларизација вклучуваат електромагнетни бранови како светлина и радио бранови, гравитациски бранови, и трансцерзални звучни бранови кај тврдите материи. Некои видови попречни бранови, поместувањето на брановите е ограничено во еден правец, па ниту овие не покажуваат поларизација; на приме кај површинските бранови во течностите (гравитациски бранови), брановото поместување на честичките е секогаш во вертикална рамнина.
Електромагнетниот бран како што е светлото, се состои од споено осцилаторно електрично поле и магнетно поле кои се секогаш нормални; по договор, „поларизацијата“ на електромагнетните бранови се однесува на правецот на електричното поле. Во линеарна поларизација, полињата осцилираат во еден правец. Во кружна или елиптична поларизација, полињата ротираат константно во рамнина додека патува бранот. Ротацијата може да има два правци; ако полињата ротираат според правилото на десна рака во однос на правецот на патување на бранот, се нарекува десна кружна поларизација, или, ако полињата ротираат според правилото на лева рака, се нарекува лева кружна поларизација.
Светлината или други електромагнетни радијации од многу извори, како што се Сонцето, пламените и жарулките, се состојат од куси бранови со еднаква мешавина на поларизација; ова е наречено неполаризирана светлина. Поларизирана светлина може да се создаде со пренесување на неполаризирана светлина низ поларизиран филтер, што овозможува да минат бранови на само една поларизација. Најчестите оптички материјали (како стаклото) се изотропски и не влијаат на поларизацијата на светлината што минува низ нив; сепак, некои материјали - оние кои покажуваат дволомност, дихроизам, или оптичка активност — можат да ја променат поларизацијата на светлината. Некои од овие се користат за правење поларизирани филлтери. Светлината исто така е делумно поларизирана кога се рефлектира од површина.
Според квантната механика, електромагнетните бранови може да се сметаат како текови на честички наречени фотони. Кога се гледаат како такви, поларизацијата на електромагнетен бран се одредува со квантно - механичкото својство на фотоните кој се вика нивен спин. Еден фотон ги има еден од двата можни спинови што се однесува на неговиот правец на патување: може да се врти според правилото на десна рака или лева рака. Кружно поларизираните електромагнетни бранови се составени од фотони со само еден вид завртувања, или според левата или според десната рака. Линеарно поларизираните бранови се составени од фотони со еднаков број на завртувања според левата и десната рака, со синхронизирана фаза, така што да даваат осцилации во рамнина.
Поларизацијата е важен параметар во области на науките што се занимаваат со попречни бранови, како што се оптика, сеизмологија, радио, и микробранови печки. Особено под влијание се технологиите како што се ласерите, безжичните и фибероптичките телекомуникации и радари.
Вовед мини|Поларизација при одбивање на пирамида. мини|Поларизација при одбивање на стакло.
Ширење на бран и поларизација Повеќето светлински извори се класифицирани како инкохерентни и неполаризирани (или само „делумно поларизирани“) зашто се состојат од случајна мешавина на бранови кои имаат различни просторни одлики, честоти (бранови должини), фази и состојби на поларизација. Сепак, за да се разберат електромагнетните бранови и особено поларизацијата, најлесно е да се сметаат само кохерентните рамни бранови; овие се синусоидни бранови на еден одреден правец (или вектор на бран), честота, фаза и состојба на поларизација. Карактеризацијата на оптички систем во однос на прамен бран со овие дадени параметри може тогаш да се користи за предвидување на неговиот одговор на поопшт случај, зашто бранот со било која специфична просторна структура може да се разгради во комбинација од рамни бранови (неговиот т.н. аглен спектар). А, инкохерентните состојби можат стохастички да се моделираат како пондерирани комбинации на такви неповрзани бранови со определена поделба на честоти (на неговиот спектар), фази и поларизации.
Попречни електромагнетни бранови
Електромагнетните бранови (како светлината), што патуваат во слободен простор или друг хомоген изотропски непридушен медиум, правилно се опишани како попречни бранови, што значи дека векторот на електричното поле E на рамен бран и магнетното поле H се во правци нормални (или "попречни") со правецот на брановото простирање; E и H се исто така нормални еден на друг. Со оглед на монохроматичкиот рамен бран на оптичка честота f (светлината на вакуумската бранова должина λ има честота f = c/λ каде c е брзина на светлината), да го земеме правецот на протегање како z оска. Како попречен бран, полињата E и H мораат да содржат компоненти само во x и y правците, каде Ez=Hz=0. Користејќи ја комплексната нотација, ќе ги разбереме моменталните физички електрични и магнетни полиња што ќе бидат дадени од вистинските делови на комплексните квантитети кои ќе се појавуваат во следните равенки. Како функција на времето t и просторната позиција z (зашто за рамните бранови во +z правецот, полињата не зависат од x или y), овие комплексни полиња можат да се запишат како:
и
каде λ/n е брановата должина во медиумот (чиј показател на прекршување е n) и е периодот на бранот. Овде ex, ey, hx, и hy се комплексни броеви. Зашто овие равенки обично се изразени, во вториот покомпактен облик, овие фактори се опишани со помош на брановиот број и аголната честота (или "радијална честота") . Во поопшта формулација, патувањето кое не е ограничено на правецот +z, просторната зависност kz ќе биде заменета со каде е бранов вектор, чија величина е брановиот број.
Така, водечките вектори e и h содржат до две комплексни компоненти што ги опишуваат амплитудата и фазата на брановите x и y поларизациски компоненти (не е потребен z поларизациски компонент за попречен бран во правецот +z). За даден медиум со карактеристичен отпор , h е поврзан со e преку:
и . Кај диелектрик, η е реален број и има вредност η0/n, каде n е рефракциониот индекс и η0 е отпорот на слободен простор. Отпорот ќе биде комплексен во спроводлив медиум. Имајте на ум дека, со оглед на таа врска, точките од производот од E и H мора да бидат нула:
алудирајќи дека овие вектори се ортогонални (под прави агли меѓусебно), како што е очекувано.
Знаејќи го правецот на пропагација (во случајов +z) и η, може исто така да се одреди бранот со помош на ex и ey кои го опишуваат електричното поле. Векторот што содржи ex и ey (но без компонентата z која секогаш мора да биде нула за попречен бран) е познат како Џонсов вектор. Покрај одредувањето на состојбата на поларизација на бранот, општиот Џонсов вектор исто така ја одредува вкупната величина и фаза на тој бран. Конкретно, јачината на светлосниот бран е пропорционален на збирод од квадратните магнитуди на двете компоненти на електричното поле: но, брановата состојба на поларизација зависи само од (комплексниот) однос на ey до ex. Да претпоставиме дека брановоте чиј |ex|2 + |ey|2 = 1. И зашто апсолутната фаза на бранот е неважна за состојбата на поларизација, да речеме дека фазата на ex е нула, со други зборови ex е реален број, додека ey може да биде комплексен. Според овие ограничувања, ex и ey можат да се претстават како:
каде состојбата на поларизација сега е целосно периметаризирана од вредноста на Q (така што −1 < Q < 1) и релативната фаза . Според конценцијата, кога се зборува за бранова "поларизација," ако не е поинаку посочено, се мисли на поларизација на електричното поле. Поларизацијата на магнетно поле секогаш следи по електричното поле, но со ротација од 90 степени, како што е објаснето погоре.
Непопречни бранови Покрај попречните бранови, постојат многу бранови движења каде осцилацијата не е ограничена на правци нормални со правецот на простирање. Овие случаи се надвор од темата на оваа статија, која е концентрирана на попречните бранови, но треба да бидеме свесни дека постојат случаи каде поларизацијата на кохерентен бран не може да биде објаснета само со помош на Џонсов вектор, како што тоа веќе го направивме.
Земајќи ги предвид само електромагнетните бранови, треба да се напомене дека претходната дискусија строго се однесува на рамни бранови во хомоген изотропски непридушен медиум, додека во анизотропски медиум (како што се дволомните кристали) електричното или магнетното поле може да има надолжни, како и попречни компоненти. Во овие случаи, електричната индукција D и магнетниот флукс B и понатаму се придржуваат до горенаведената геометрија, но поради анизотропијата во електричната осетливост (или во магнетната пермеабилност), сега зададен со тензор, правецот на E (или H) може да се разликува од оној на D (или B). Дури и во изотропни медиуми, таканаречени нехомогени бранови можат да бидат лансирани во медиум чиј показател на прекршување има важен имагинарен дел (или "коефициент на екстинција") како металите; Површинските бранови или брановите што се протегаат во брановод (како оптичките влакна) генерално не се попречни бранови, но можат да бидат опишани како електричен или магнетен попречен мод, или хибриден мод.
Дури и во слободен простор, надолжните компоненти на полето може да бидат генерирани во фокалните региони, каде што приближувањето на рамните бранови се распаѓа. Екстремен пример е радијално или тангенционално поларизирана светлина, во фокусот на која електричното или магнетното поле соодветно во потполност е надолжно (заедно со правецот на протегање).
За надолжните бранови како што се звучните бранови во течностите, правецот на осцилација по дефиниција е долж правецот на патување, па прашањето на поларизација не се ни споменува. Од друга страна, звучните бранови во масивна тврда материја може да бидат попречни, како и надолжни, за вкупно три поларизациски компоненти. Во овој случај, попречната поларизација е поврзана со правецот на лизгање и поместувања во правците нормални на правецот на ширење, додека надолжната поларизација ја опишува компресијата на тврда материја и вибрација по должина на правецот на ширење. Диференцијалното ширење на попречните и надолжните поларизации е важно во сеимологијата.
Поларизациона состојба
Поларизацијата најдобро ќе се разбере така што првично ќе се земат предвид само чистите поларизациони состојби и само кохерентни синусни бранови на некоја оптичка честота. Векторот во соседниот дијаграм може да ја опише осцилацијата на електрично поле емитувана од ласер со еден мод (чија честота на осцилирање типично би била 1015 пати побрза). Полето осцилира во x-y рамнина, по должина на страницата, со простирање на бранот во правецот z, нормално со страницата. Првите два дијаграма подолу го следат векторот на електрично поле преку комплетен циклус за линеарна поларизација во две различни ориентации; секоја од овие се сметаат за засебни поларизациони состојби. Треба да се забележи дека линеарната поларизација под 45° исто така може да се гледа како додавање на хоризонтален линеарен поларизиран бран и вертикално поларизиран бран со иста амплитуда во иста фаза.