Aaltolevy (optiikka)
Toimintaperiaate

Aaltolevyn toiminta perustuu siihen, että se muuttaa kahden toisiaan vastaan kohtisuoran polarisaatiokomponentin välistä vaihe-eroa. Tyypillinen aaltolevy on vain kahtais­taittava kide, jonka suuntautuminen ja paksuus on tarkoin säädetty. Kide leikataan levyksi, jonka leikkaussuunta on valittu niin, että kiteen optinen akseli on levyn pintojen suuntainen. Tämän tuloksena leikkaustasoon saadaan kaksi akselia: yleissääntöinen eli ordinaarinen akseli, jonka suunnassa taitekerroin on no, ja erikoissääntöinen eli ekstraordinaarinen akseli, jonka suunnassa taitekerroin on ne.  Ordinaarinen akseli on kohtisuorassa optista akselia vastaan, ekstraordinaarinen akseli optisen akselin suuntainen. Kun valo saapuu kohtisuorasti levyyn, sen ordinaarisen akselin suuntaisesti polaroitunut komponentti etenee kiteen läpi nopeudella  vo = c/no, kestraprdinaarisen akselin suunaisesti polaroitunut komponentti taas nopeudella ve = c/ne. Nopeuksien ero saa valon komponenttien välille aikaan vaihe-eron niiden poistuessa kiteestä. Kun ne < no, kuten esimerkiksi kalsiitissa, ekstraordinaarista akselia sanotaan nopeaksi akseliksi ja ordinaarista akselia hitaaksi akseliksi. Jos taas ne > no, tilanne on päinvastainen.
Kiteen paksuudesta riippuen valo, jolla on molempien akselien suuntaiset polarisaatiokomponentit, päätyy alkuperäisestä poikkeavaan polarisaatiotilaan.  Aaltolevyä luonnehtii suhteellinen vaihe Γ, jonka verran komponenttien vaiheet eroavat toisistaan, ja se riippuu taitekerrointen erotuksesta  Δn ja levyn paksuudesta L seuraavan yhtälön osoittamalla tavalla:
missä λ0 on valon aallonpituus tyhjiössä.
Aaltolevyjä yleensä samoin kuin polarisaattoreita voidaan kuvata matemaattisesti Robert Clark Jonesin kehittämällä matriisiformalismilla, jossa valon polarisaatiotila esitetään vektori sekä aaltolevyn tai polarisaattorin aikaansaama lineaarinen muunnos matriisilla.
Vaikka kahtaistaittavuus  Δn voi dispersion vuoksi jonkin verran vaihdella, tämä on merkityksettömän vähäistä verrattuna siihen, minkä verran vaihe-eron suuruus vaihtelee riippuen valon aallonpituudesta (λ0 yllä olevan lausekkeen jakajassa). Sen vuoksi aaltolevyt valmistetaan niin, että ne toimivat puoli- tai neljännesaaltolevyinä jollakin tietyllä valon aallonpituudella. On kuitenkin mahdollistaa myös ’’akromaattisia’’ aaltolevyjä käyttämällä kahta ei materiaalia, esimerkiksi kvartsia ja magnesiumfluoridia, joilla on eri suuri dispersio. Tällaisella levyllä suhteellinen vaihe Γ  on laajahkolla aallonpituusvälillä käytännöllisesti katsoen vakio.
Jos yhden aaltolevyn tapauksessa valon aallonpituutta muutetaan, saadaan poikkeama, joka on suoraan verrannollinen siihen, minkä verran aallonpituus poikkeaa siitä, mille aaltolevy on tarkoitettu. Jos aaltolevy on kulman θ verran valon vinossa tulosuunnan normaaliin nähden, valon levyssä kulkeva matka pitenee tekijällä 1/cos θ, mikä vaikuttaa myös syntyvään vaihe-eroon.  Toisaalta ekstraordinaarisen säteen taitekerroin pienenee tällöin tekijällä cos θ, joten tämä kumoaa sen vaikutuksen, joka levyn vinolla asennolla matkan pitenemisen vuoksi olisi ekstraordinaarisen säteen vaiheeseen.
Aaltolevyä, joka on niin ohut, että edellä esitetyllä kaavalla laskettu vaihe-ero on pienempi kuin 2π, sanotaan todellisiksi nollannen kertaluvun aaltolevyksi’’. Näin ohuiden levyjen valmistaminen varsinkin sellaisista materiaaleista kuten kalsiitista, jolla on suuri kahtaistaittavuus, on kuitenkin hankalaa ja sellaisia olisi hankala käsitellä. Tämän vuoksi niiden sijasta käytetään usein paksumpia aaltolevyjä, joissa todellinen vaihe-ero edellä esitetyllä yhtälöllä laskettuna on esimerkiksi π/2 tai π/4 lisättynä jollakin 2 π:n kokonaisella monikerralla.  Koska vaihe-ero 2π vastaa täyttä aallonpituutta, tällaisen levyn läpi kulkenut valo samalla tavalla polaroitunutta kuin jos vaihe-ero todella olisi vain π/2 tai π/4.