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La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.
En una onda electromagnética no polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda transversal sin polarizar, el campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales, como las ondas sonoras, no pueden ser polarizadas porque su oscilación se produce en la misma dirección que su propagación.
Consideremos dos ondas que son ortogonales entre si, representadas por:
La primera es una onda que se mueve en la dirección z, pero el campo eléctrico vibra en el eje x, por otro lado, la segunda onda también vieja en la misma dirección, pero el campo eléctrico vibra en el eje y, de manera perpendicular a la primera. Epsilon, por otro lado, es la diferencia de fase que existe entre ambas ondas. Así la onda resultante es:
Si el desfase entre las dos ondas ortogonales es 0 o un múltiplo de 2π , las ondas estarán en fase, y la ecuación resultante puede escribirse como:
Esta ecuación representa la dirección de polarización del campo eléctrico para una polarización lineal. Así también el ángulo en el que vibra el campo eléctrico neto (la suma de ambas componentes), está dado por
La polarización circular ocurre cuando la amplitud de Eox y Eoy son iguales, pero además el desfase entre ambas es π/2 o un múltiple de el ε = -π/2 + 2mπ
Al considerar estos aspectos, la onda polarizada circularmente se expresa como:
Esta onda puede estar polarizada hacia la derecha o la izquierda. Es a la derecha cuando el vector campo eléctrico gira a la derecha con respecto a un observador que ve venir la onda. De manera contraria, si gira a la izquierda, se dice que está polarizada circularmente hacia la izquierda.
En general la polarización circular puede ser sintetizada como la superposición de dos ondas polarizadas circularmente, pero de manera opuesta, de esta manera tenemos que:
Polarización circular de la luz, que muestra el giro del campo eléctrico hacia la izquierda, pero además muestra el campo magnético perpendicular en todo momento a E, pero también perpendicular a la propagación Z.
La descripción matemática de la polarización circular de la luz, es la misma usada para la polarización elíptica, la diferencia es que tiene una diferencia de fase distinta a la circular, y además las amplitudes no son iguales. Esto genera una elipse en el espacio perpendicular a la dirección de propagación de la onda.
La ecuación que describe este estado elíptico de la polarización de la luz, considerando que se genera una elipse perpendicular a la propagación de la onda.
y el ángulo formado con respecto al plano XY del sistema de coordenadas es:
Si el ángulo α=0 y equivalentemente
entonces la ecuación de la elipse nos queda:
Si además Eoy = Eox = Eo, esto puede reducirse a:
Si además la diferencia de fase ε es un múltiple de π
y además
Varios estados de polarización para distintos desfases, y además cuando el desfase es π/2 o 3π/2 con Eox=Eoy