Поляриза́ция све́та, описывает поперечную анизотропию световых волн, т. е. неэквивалентность различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Первые указания на поперечную анизотропию света были получены в 1690 г. Х. Гюйгенсом при опытах с кристаллами исландского шпата. Понятие «поляризация света» введено в оптику в 1704–1706 гг. И. Ньютоном. Существенным для понимания поляризации света было её проявление в эффектах интерференции света, в частности факт её отсутствия при взаимно ортогональной поляризации световых пучков. Поляризация света нашла естественное объяснение в электромагнитной теории света, разработанной Дж. К. Максвеллом в 1865–1873 гг., а позднее – в квантовой электродинамике.

Поперечность электромагнитной волны лишает её осевой симметрии относительно направления распространения из-за наличия выделенных направлений в поперечной плоскости – векторов напряжённости электрического ${\boldsymbol E}$ и магнитного ${\boldsymbol H}$ полей. Состояние поляризации света принято связывать с типом движения вектора ${\boldsymbol E}$, направление которого определяет направление силы, действующей на заряженную частицу в поле электромагнитной волны. Графически состояние поляризации монохроматической волны обычно изображают с помощью эллипса поляризации – проекции траектории конца вектора ${\boldsymbol E}$ на плоскость, перпендикулярную лучу (см. рисунок). В общем случае эта картина имеет вид эллипса с определённым направлением вращения вектора ${\boldsymbol E}$ (см. рисунок, б, г, е). Такой свет называется эллиптически поляризованным. Наибольший интерес представляют случай линейной (или плоской) поляризации, когда эллипс поляризации вырождается в отрезок прямой (см. рисунок, а, д), и случай циркулярной (или круговой) поляризации, когда эллипс превращается в окружность (см. рисунок, в). В первом случае свет называется плоско- или линейно поляризованным, во втором – право- или левоциркулярно поляризованным в зависимости от направления обхода эллипса поляризации. В оптике поляризацию света принято называть правой, если вектор ${\boldsymbol E}$ совершает вращение по часовой стрелке при наблюдении навстречу световому лучу, в радиофизике – наоборот.

Примеры различных поляризационных состояний светового луча при различных разностях фаз между равными взаимно ортогональными компонентами напряжённости электрического поля.Примеры различных поляризационных состояний светового луча при различных разностях фаз между равными взаимно ортогональными компонентами напряжённости электрического поля.Для количественного описания характера поляризации полностью поляризованного света используют величину отношения длин малой (${B}$) и большой (${A}$) полуосей эллипса поляризации – эллиптичность ${e=B/A}$, приписывая ей знак, определяемый направлением вращения вектора ${\boldsymbol E}$. Правополяризованному свету приписывают положительную эллиптичность, левополяризованному свету – отрицательную. Таким образом, для всех типов поляризации света эллиптичность ${e}$ лежит в пределах ${–1⩽e⩽1}$. В некоторых случаях удобно ввести угол эллиптичности $\varepsilon$, определяемый соотношением ${ε = \rm{arctg}\,\it{e}}$.

Для аналитического описания поляризации монохроматической волны используется представление компонент вектора ${\boldsymbol E}$ в комплексной форме (т. н. матричный метод Джонса). При этом поляризация света полностью описывается двумя величинами – отношением амплитуд компонент вектора ${\boldsymbol E}$ и разностью фаз между ними. Иначе говоря, между различными типами поляризации света и точками комплексной плоскости существует однозначное взаимное соответствие. Этот факт нашёл воплощение в геометрическом представлении пространства поляризации света в виде сферы Пуанкаре, каждой точке поверхности которой соответствует определённое состояние полностью поляризованного света. Центр сферы Пуанкаре отвечает неполяризованному свету, а частично поляризованный свет отображается точкой внутри сферы.

Для описания поляризационного состояния немонохроматического или частично поляризованного света используют т. н. параметры Стокса, представляющие собой интенсивности различных поляризационных компонент. Благодаря простоте экспериментального определения этих параметров и удобству аналитического описания процессов преобразования поляризации света с помощью матрицы Мюллера вектор Стокса широко используется при решении задач поляризационной оптики. Обычно измеряют средние значения параметров Стокса. Изучение более высоких моментов параметров Стокса или законов их распределения даёт более детальную информацию о поляризации света, выявляя т. н. скрытую поляризацию, скалярный свет и поляризационно-сжатый свет. Поляризация света двух последних типов адекватно описывается квантовомеханическим методом при замене параметров Стокса на операторы.

В квантовой электродинамике с поляризацией света связывают спиновое состояние фотонов, образующих световой пучок. Так, право- или левоциркулярно поляризованный свет соответствует потоку фотонов с проекцией спина на направление распространения светового излучения (спиральностью) +1 или –1. Эллиптически поляризованному свету соответствует суперпозиция спиновых состояний электромагнитного поля (см. Интерференция состояний). Каждый из циркулярно поляризованных фотонов несёт момент импульса, равный ${± h}$ (${h}$ – постоянная Планка), что проявляется в ряде эффектов взаимодействия света с веществом (например, в эффекте Садовского).

Особенности элементарного акта излучения, а также множество физических процессов, нарушающих осевую симметрию светового пучка, приводят к тому, что свет всегда частично поляризован. Такой свет характеризуется степенью поляризации – отношением средней по времени интенсивности поляризованной части света к его полной интенсивности. Поляризация света может возникать при отражении и преломлении света на границе раздела двух сред, при прохождении через анизотропную среду (см. Двойное лучепреломление, Дихроизм), при рассеянии света, при оптическом возбуждении свечения в парáх, жидкостях и твёрдых телах. Излучение лазеров обычно полностью поляризовано. В сильных электрических и магнитных полях наблюдается полная поляризация компонент расщепления спектральных линий поглощения и люминесценции (см. Электрооптика, Магнитооптика). Некоторые из этих эффектов лежат в основе простейших поляризационных приборов – поляризаторов, фазовых пластинок и др.

Поляризованный свет может не только служить зондом оптической анизотропии среды, но и вызывать возмущение среды (см. Нелинейная оптика). При этом характер светоиндуцируемой анизотропии определяется типом поляризации света. Так, циркулярно поляризованный свет способен инициировать в среде циркулярную анизотропию (см. Оптическая ориентация), а линейно поляризованный свет индуцирует линейную анизотропию (выстраивание, оптический эффект Керра).

Поляризация света и особенности взаимодействия поляризованного света с веществом широко применяются в исследованиях оптических и магнитных свойств конденсированных и газообразных сред, динамики быстропротекающих процессов, структуры биологических объектов, для получения информации о труднодоступных объектах (например, в астрофизике). Поляризованный свет используется во многих областях техники: в устройствах обработки и передачи информации, в устройствах модуляции и ослабления света, при исследовании напряжений в прозрачных средах, при создании светофильтров, в кино- и фототехнике и др.