` ` При изучении явлений интерференции и дифракции вопрос о том, являются ли световые волны продольными или поперечными, не имел значения. Однако существуют процессы, в которых проявляются различия между продольными и поперечными волнами.

 

Рис.1

 

Из электромагнитной теории Максвелла непосредственно вытекает, что световые волны поперечны: три вектора Е (электрический), Н (магнитный) и V (скорость распространения) взаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую тройку (рис.1).

Если заданы направления распространения и направление одного из векторов, например электрического вектора Е, то направление другого (магнитного вектора Н) определяется однозначно. Однако крест Е и Н может быть произвольно ориентирован по отношению к скорости распространения  волнового фронта (или луча) V.

Следовательно, луч не является осью симметрии электромагнитных волн. Такая асимметрия характерна для поперечных волн, продольные же волны всегда симметричны по отношению к направлению распространения. Вместе с тем световые волны обычно не обнаруживают асимметрии относительно распространения луча. Это обусловлено тем, что обычные источники света (раскаленные тела, светящиеся газы) содержат в себе громадное множество элементарных излучателей, которые в очень большом числе случаев испускают свет независимо друг от друга. При этом фазы электро­магнитных волн отдельных излучателей испытывают быстрые хао­тические изменения. Столь же быстро и хаотически изменяются направления векторов Е и Н  световых волн, испускаемых элементарными излучателями.

Вследствие этого и результирующее излучение макроскопических источников света  испытывает такого же рода хаотическое изменение фазы волны и направления Е и Н.

Для подавляющего большинства оптических явлений основную роль играет электрический вектор Е. Физиологическое, фотохимическое фотоэлектрическое и другие действия света вызываются колебаниями электрического вектора электромагнитной волны. Поэтому вектор Е часто называют световым вектором и при рассмотрении оптических явлений оперируют именно этим вектором.

Свет, характеризующийся неупорядоченным (хаотическим) изменением равновероятных направлений колебаний электрического вектора Е, называется неполяризованным, или естественным, светом.

Поляризованным, в отличие от естественного света, называется свет, у которого направление колебаний электрического вектора E либо сохраняется неизменным, либо испытывает закономерные изменения ориентации (вращается).

Электромагнитная волна (в частности световая), в которой электрический вектор Е все время лежит в одной плоскости, содержащей вектора Е и V, называется плоскополяризованной, или линейно поляризованной. Эта плоскость называется плоскостью колебаний, или плоскостью поляризации. (По старой терминологии, плоскостью поляризации называлась плоскость, содержащая магнитный вектор Н.)

Наиболее общим видом поляризации является эллиптическая, при которой конец электрического вектора Е описывает эллипс с тем или иным эксцентриситетом. Если эллипс вырождается в круг, то говорят о круговой поляризации.

Частично поляризованный свет характеризуется тем, что одно из направлений колебаний оказывается преимущественным, но не исключительным. Такой свет можно рассматривать как смесь естественного и поляризованного.

Частичная поляризация света количественно характеризуется степенью поляризации, которая, например, для света, обладающего частичной линейной поляризацией, определяется как (1), где I_max и I_min - максимальная и минимальная интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам вектора Е. Для плоскополяризованного света  I_min = 0,  Р = 1, для естественного света  I_max =  I_min и  Р =  0.

Согласно квантовой электродинамике, поляризация света обусловлена структурными свойствами квантов света - фотонов. Как и другие элементарные частицы, фотон обладает строго определенным собственным моментом импульса (так называемым спином), равным единице (в единицах h/2π). Проекция спина на какое-либо физически избранное направление может принимать значения +1 и -1. Это соответствует правой и левой круговой поляризациям света. Если оба эти состояния равновероятны, то имеет место, их суперпозиция, то есть линейная поляризация. Наконец, эллиптическую поляризацию можно трактовать как сумму круговой и линей­ной поляризаций, что может быть также представлено как проявление ориентации спинов фотонов.