Wiemy już, że poprzeczna fala elektromagnetyczna może być spolaryzowana płasko, kołowo lub eliptyczne. Czy jednak światło żarówki, która oświetla właśnie klawiaturę mojego komputera jest spolaryzowane?  Gdyby oko moje mogło reagować na zmiany płaszczyzny polaryzacji zachodzące w czasie rzędu 10^-8 sekundy i gdyby mogło rejestrować pojedyncze ciągi falowe, to miałbym możliwość zauważyć, polaryzację tego światła. Ani jeden ani drugi warunek nie jest jednak spełniony. Światło żarówki emitowane jest przez ogromną liczbę atomów wzbudzonych termicznie zaś ciągi falowe emitowane są zupełnie przypadkowo. Wszystkie możliwe kierunki drgań są jednakowo prawdopodobne i zmieniają się w czasie także w sposób przypadkowy. Światło takie nie jest spolaryzowane.

Czy można "spolaryzować" światło? Gdybyśmy umieli z przypadkowo zorientowanych ciągów falowych wydzielić tylko takie, które mają zadaną stałą płaszczyznę drgań wektora elektrycznego, to moglibyśmy otrzymać światło spolaryzowane. Intuicja podpowiada nam, że w tym celu musimy światło skierować na obiekt mający własności kierunkowe w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali świetlnej. Sposobów uzyskania światła spolaryzowanego jest wiele i omówimy tu niektóre z nich.

Polaroid - to płytka lub błona , w której cząsteczki ułożone są tak, że tworzą strukturę łańcuchową, która po zabiegach mechanicznych  i chemicznych,  przepuszcza jedynie składową wektora równoległą do wyróżnionego kierunku w płytce. Kiedy drugą taką płytkę będziemy obracać wokół osi równoległej do kierunku padania światła zauważymy, że światło zostało spolaryzowane, bo natężenie światła przepuszczonego  będzie się zmieniać.

Rys.10.4.1. Działanie płytek polaryzujących

Kiedy płytki ustawimy tak, że ich kierunki polaryzacji będą się krzyżować pod kątem prostym uzyskamy wygaszenie fal, kiedy kierunki te będą równoległe, uzyskamy maksymalne przepuszczanie światła. Oznacza to, że w pierwszej płytce światło zostało liniowo spolaryzowane.

Przy kątach pośrednich natężenie przechodzącego światła będzie się zmieniać zgodnie z tzw. prawem Malusa. Sens tego prawa wyjaśnia schemat pokazany obok. Jeśli czerwona strzałka pokazuje kierunek drgań wektora pola elektrycznego po przejściu światła przez polaryzator, to przy ustawieniu analizatora zgodnie ze strzałką fioletową składowa drgań  po przejściu przez niego będzie.

 Natężenie promieniowania proporcjonalne jest do kwadratu amplitudy drgań wiec zależność natężenia (intensywności) promieniowania od kąta może być wyrażona w postaci

Polaryzacja przez odbicie. Kiedy nie spolaryzowane światło pada na granicę dwóch ośrodków to światło odbite wykazuje pewien stan polaryzacji. Całkowita polaryzacja jest wtedy, kiedy kąt  pomiędzy wiązką odbitą i załamaną jest kątem prostym. Kąt padania dla którego warunek ten jest spełniony nosi nazwę kąta Brewstera.  Rys. 10.4.2. Polaryzacja przez odbicie

Światło załamane jest spolaryzowane w dużym stopniu w kierunku prostopadłym do kierunku polaryzacji światła odbitego. Jednak nawet przy kącie padania równym kątowi Brewstera światło to nie jest spolaryzowane całkowicie. Kiedy kąt padania równy jest kątowi Brewstera, to wykorzystując prawo załamania Sneliusa otrzymujemy związek (patrz: schemat geometryczny na rysunku 10.4.2)

Wynika z tego, że

Wielkość określa współczynnik załamania ośrodka drugiego względem pierwszego. Określenie kąta Brewstera umożliwia znalezienie warunków, w jakich następuje całkowita polaryzacja promienia odbitego.

Podwójne załamanie lub dwójłomność, to rozdzielenie światła padającego na kryształ o strukturze nieregularnej na dwa promienie rozchodzące się z różnymi prędkościami. Kryształy dwójłomne dzielą się na jedno- i dwuosiowe. W kryształach jednoosiowych jeden promień podlega znanemu nam prawu załamania. Promień ten nazywamy promieniem zwyczajnym. Drugi promień nie zachowuje stałego stosunku sinusów kąta padania i załamania kiedy zmienia się kąt padania. Nawet kiedy światło pada prostopadle do powierzchni kryształu następuje odchylenie tego promienia, który w związku ze swymi własnościami nazywamy promieniem nadzwyczajnym. W kryształach jednoosiowych istnieje jednak kierunek wzdłuż którego oba promienie poruszają się z jednakową prędkością. Kierunek taki nazywamy osią optyczną kryształu. (W kryształach dwuosiowych istnieją dwa takie kierunki.)    Promienie: zwyczajny i nadzwyczajny spolaryzowane są w płaszczyznach do siebie prostopadłych. Istnieją kryształy, w których jeden z promieni pochłaniany jest silniej niż drugi.  Zjawisko to zwane dichroizmem wykorzystywane jest w konstrukcji przyrządów polaryzacyjnych.

Wyjaśnienie natury dwójłomności wiąże się z własnościami kryształów dwójłomnych, w których przenikalność elektryczna zależna jest od kierunku. Jak wiemy, wzór (10.1.1b)  wartość przenikalności elektrycznej określa współczynnik załamania, a co za tym idzie - prędkości światła w danym kierunku.

Istnieją też substancje, zwane optycznie czynnymi, mające zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji światła spolaryzowanego, które przez nie przechodzi. W kryształach skręcenie jest najsilniejsze gdy światło biegnie wzdłuż osi optycznej kryształu. Kąt skręcenia zwiększa się proporcjonalnie do drogi, jaką światło przebywa w krysztale. Współczynnik tej proporcjonalności nazywa się stałą skręcenia. W roztworach kąt skręcenia proporcjonalny jest też do koncentracji substancji czynnej. W tym przypadku współczynnik proporcjonalności nazywa się zdolnością skręcającą.