الاستقطاب (الموجات)

الاستقطاب (أيضًا الاستقطاب ) هو خاصيةللموجات المستعرضةتحدد التوجه الهندسي للتذبذبات.[^{1][2][3][4][5]} في الموجة المستعرضة، يكون اتجاه التذبذب عموديًا على اتجاه حركة الموجة.^[4] مثال بسيط على الموجة المستعرضة المستقطبة هو الاهتزازات التي تنتقل على طول وتر مشدود(انظر الصورة)، على سبيل المثال، في آلة موسيقية مثلوتر الجيتار. اعتمادًا على كيفية نتف الوتر، يمكن أن تكون الاهتزازات في اتجاه رأسي أو أفقي أو بأي زاوية عمودية على الوتر. على النقيض من ذلك، فيالموجات الطولية، مثلالموجات الصوتيةفي سائل أو غاز، يكون إزاحة الجسيمات في التذبذب دائمًا في اتجاه الانتشار، لذلك لا تظهر هذه الموجات استقطابًا.المستعرضةالتي تظهر الاستقطابالموجات الكهرومغناطيسيةمثلالضوءوالموجاتالراديويةوالموجاتالثقالية^[6]والموجات الصوتية المستعرضة (موجات القص) في المواد الصلبة.

تتكون الموجة الكهرومغناطيسية مثل الضوء من مجال كهربائي متذبذب مقترن ومجال مغناطيسي يكونان دائمًا متعامدين على بعضهما البعض؛ وفقًا للاتفاقية، يشير "استقطاب" الموجات الكهرومغناطيسية إلى اتجاه المجال الكهربائي. في الاستقطاب الخطي ، تتذبذب المجالات في اتجاه واحد. في الاستقطاب الدائري أو الإهليلجي ، تدور المجالات بمعدل ثابت في مستوى أثناء انتقال الموجة، إما في الاتجاه الأيمن أو في الاتجاه الأيسر.

الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر من العديد من المصادر، مثل الشمس واللهب والمصابيح المتوهجة ، يتكون من قطارات موجية قصيرة بمزيج متساوٍ من الاستقطابات؛ وهذا ما يسمى بالضوء غير المستقطب . يمكن إنتاج الضوء المستقطب عن طريق تمرير الضوء غير المستقطب عبر مستقطب ، والذي يسمح لموجات ذات استقطاب واحد فقط بالمرور. لا تؤثر المواد البصرية الأكثر شيوعًا على استقطاب الضوء، ولكن بعض المواد - تلك التي تظهر ازدواجية الانكسار أو ثنائية اللون أو النشاط البصري - تؤثر على الضوء بشكل مختلف اعتمادًا على استقطابه. تُستخدم بعض هذه المواد في صنع مرشحات الاستقطاب. يصبح الضوء أيضًا مستقطبًا جزئيًا عندما ينعكس بزاوية من سطح.

وفقًا لميكانيكا الكم ، يمكن أيضًا النظر إلى الموجات الكهرومغناطيسية على أنها تيارات من الجسيمات تسمى الفوتونات . عند النظر إليها بهذه الطريقة، يتم تحديد استقطاب الموجة الكهرومغناطيسية من خلال خاصية ميكانيكية كمية للفوتونات تسمى دورانها . ^{[7] [8]} يمتلك الفوتون أحد دورانين محتملين: يمكن أن يدور إما في اتجاه اليد اليمنى أو في اتجاه اليد اليسرى حول اتجاه سفره. تتكون الموجات الكهرومغناطيسية المستقطبة دائريًا من فوتونات ذات نوع واحد فقط من الدوران، إما يمينًا أو يسارًا. تتكون الموجات المستقطبة خطيًا من فوتونات في تراكب من حالات الاستقطاب الدائري الأيمن والأيسر، بسعة وأطوار متساوية متزامنة لإعطاء التذبذب في المستوى. ^[8]

الاستقطاب هو معيار مهم في مجالات العلوم التي تتعامل مع الموجات المستعرضة، مثل البصريات وعلم الزلازل والراديو والموجات الدقيقة . وتتأثر بشكل خاص التقنيات مثل الليزر والاتصالات اللاسلكية والألياف الضوئية والرادار .

تُصنف معظم مصادر الضوء على أنها غير متماسكة وغير مستقطبة (أو "مستقطبة جزئيًا") لأنها تتكون من مزيج عشوائي من الموجات ذات الخصائص المكانية المختلفة والترددات (الأطوال الموجية) والمراحل وحالات الاستقطاب. ومع ذلك، لفهم الموجات الكهرومغناطيسية والاستقطاب على وجه الخصوص، من الأسهل مجرد النظر في الموجات المستوية المتماسكة ؛ وهي موجات جيبية ذات اتجاه معين (أو متجه موجة ) وتردد وطور وحالة استقطاب. يمكن بعد ذلك استخدام توصيف نظام بصري فيما يتعلق بموجة مستوية بتلك المعلمات المعطاة للتنبؤ باستجابته لحالة أكثر عمومية، حيث يمكن تحليل الموجة ذات أي بنية مكانية محددة إلى مجموعة من الموجات المستوية (ما يسمى بالطيف الزاوي ). يمكن نمذجة الحالات غير المتماسكة عشوائيًا كمجموعة مرجحة من هذه الموجات غير المرتبطة مع بعض توزيع الترددات ( الطيف ) والمراحل والاستقطاب.

الموجات الكهرومغناطيسية (مثل الضوء)، التي تنتقل في الفضاء الحر أو في وسط متجانس متساوي الخواص غير مخفف آخر ، توصف بشكل صحيح بأنها موجات عرضية ، مما يعني أن متجه المجال الكهربائي للموجة المستوية E والمجال المغناطيسي H يكون كل منهما في اتجاه عمودي على (أو "عرضي") اتجاه انتشار الموجة؛ كما يكون E و H عموديين على بعضهما البعض. وفقًا للاتفاقية، يتم تحديد اتجاه "استقطاب" الموجة الكهرومغناطيسية بواسطة متجه المجال الكهربائي الخاص بها. بالنظر إلى موجة مستوية أحادية اللون بتردد بصري f (طول موجة الضوء في الفراغ λ له تردد f = c/λ حيث c هي سرعة الضوء)، دعنا نأخذ اتجاه الانتشار كمحور z . ولأنها موجة عرضية، فيجب أن يحتوي مجالا E و H على مكونات فقط في اتجاهي x و y بينما E _z = H _z = 0 . باستخدام تدوين مركب (أو تدوين الطور )، يتم إعطاء المجالات الفيزيائية الكهربائية والمغناطيسية اللحظية بواسطة الأجزاء الحقيقية للكميات المركبة التي تحدث في المعادلات التالية. كدالة للزمن t والموضع المكاني z (نظرًا لأن المجالات لا تعتمد على x أو y بالنسبة للموجة المستوية في الاتجاه + z) يمكن كتابة هذه المجالات المركبة على النحو التالي: وحيث λ = λ 0 / n هو الطول _الموجي في الوسط ( الذي يكون معامل الانكسار الخاص به n ) و T = 1/ f هي فترة الموجة. هنا e _x و e _y و h _x و h _y هي أعداد مركبة. في الشكل الثاني الأكثر إحكامًا، كما يتم التعبير عن هذه المعادلات عادةً، يتم وصف هذه العوامل باستخدام رقم الموجة k = 2π n / λ ₀ والتردد الزاوي (أو "التردد الراديان") ω = 2π f . في صيغة أكثر عمومية مع انتشار غير مقيد بـ $${\displaystyle {\vec {E}}(z,t)={\begin{bmatrix}e_{x}\\e_{y}\\0\end{bmatrix}}\;e^{i2\pi \left({\frac {z}{\lambda }}-{\frac {t}{T}}\right)}={\begin{bmatrix}e_{x}\\e_{y}\\0\end{bmatrix}}\;e^{i(kz-\omega t)}}$$$${\displaystyle {\vec {H}}(z,t)={\begin{bmatrix}h_{x}\\h_{y}\\0\end{bmatrix}}\;e^{i2\pi \left({\frac {z}{\lambda }}-{\frac {t}{T}}\right)}={\begin{bmatrix}h_{x}\\h_{y}\\0\end{bmatrix}}\;e^{i(kz-\omega t)},}$$ إذا كان الاتجاه +z ، فإن التبعية المكانية kz يتم استبدالها بـ k → ∙ r → حيثيسمى k → متجه الموجة ، والذي يكون مقداره هو رقم الموجة.

وبالتالي، فإن المتجهات الرائدة e و h تحتوي كل منها على ما يصل إلى مكونين غير صفريين (مركبين) يصفان سعة وطور مكونات الاستقطاب x و y للموجة (مرة أخرى، لا يمكن أن يكون هناك مكون استقطاب z لموجة عرضية في اتجاه + z ). بالنسبة لوسط معين بممانعة مميزة η ، فإن h مرتبطة بـ e بواسطة: $${\displaystyle {\begin{aligned}h_{y}&={\frac {e_{x}}{\eta }}\\h_{x}&=-{\frac {e_{y}}{\eta }}.\end{aligned}}}$$

في العازل، η حقيقي وله القيمة η ₀ / n ، حيث n هو معامل الانكسار و η ₀ هي معاوقة الفضاء الحر . ستكون المعاوقة معقدة في وسط موصل. لاحظ أنه بالنظر إلى هذه العلاقة، يجب أن يكون حاصل الضرب النقطي لـ E و H صفرًا: مما يشير إلى أن هذه المتجهات متعامدة (بزوايا قائمة على بعضها البعض)، كما هو متوقع. $${\displaystyle {\begin{aligned}{\vec {E}}\left({\vec {r}},t\right)\cdot {\vec {H}}\left({\vec {r}},t\right)&=e_{x}h_{x}+e_{y}h_{y}+e_{z}h_{z}\\&=e_{x}\left(-{\frac {e_{y}}{\eta }}\right)+e_{y}\left({\frac {e_{x}}{\eta }}\right)+0\cdot 0\\&=0,\end{aligned}}}$$

بمعرفة اتجاه الانتشار ( + z في هذه الحالة) و η ، يمكننا أيضًا تحديد الموجة من حيث e _x و e _y فقط اللذين يصفان المجال الكهربائي. يُعرف المتجه الذي يحتوي على e _x و e _y (ولكن بدون مكون z الذي يساوي بالضرورة صفرًا للموجة المستعرضة) باسم متجه جونز . بالإضافة إلى تحديد حالة الاستقطاب للموجة، يحدد متجه جونز العام أيضًا المقدار الكلي وطور تلك الموجة. على وجه التحديد، تكون شدة الموجة الضوئية متناسبة مع مجموع المقدارين التربيعيين لمكوني المجال الكهربائي: $${\displaystyle I=\left(\left|e_{x}\right|^{2}+\left|e_{y}\right|^{2}\right)\,{\frac {1}{2\eta }}}$$

ومع ذلك، فإن حالة استقطاب الموجة تعتمد فقط على النسبة (المعقدة) بين e _y و e _x . لذا، دعنا نفكر فقط في الموجات التي تكون | e _x | ² + | e _y | ² = 1 ؛ وهذا يتوافق مع شدة تبلغ حوالي0.001 33  وات /م ² في الفضاء الحر (حيث η = η ₀ ). ولأن الطور المطلق للموجة غير مهم في مناقشة حالة استقطابها، فلنشترط أن طور e _x يساوي صفرًا؛ بعبارة أخرى، e _x هو عدد حقيقي بينما قد يكون e _y مركبًا. وبموجب هذه القيود، يمكن تمثيل e _x و e _y على النحو التالي: حيث يتم الآن تحديد حالة الاستقطاب بشكل كامل بقيمة Q (بحيث −1 < Q < 1 ) والطور النسبي ϕ . $${\displaystyle {\begin{aligned}e_{x}&={\sqrt {\frac {1+Q}{2}}}\\e_{y}&={\sqrt {\frac {1-Q}{2}}}\,e^{i\phi },\end{aligned}}}$$

بالإضافة إلى الموجات المستعرضة، هناك العديد من حركات الموجات حيث لا يقتصر التذبذب على اتجاهات عمودية على اتجاه الانتشار. هذه الحالات تتجاوز نطاق المقال الحالي الذي يركز على الموجات المستعرضة (مثل معظم الموجات الكهرومغناطيسية في الوسائط السائبة)، ولكن يجب أن نكون على دراية بالحالات التي لا يمكن فيها وصف استقطاب الموجة المتماسكة ببساطة باستخدام متجه جونز، كما فعلنا للتو.

عند النظر فقط إلى الموجات الكهرومغناطيسية، نلاحظ أن المناقشة السابقة تنطبق بشكل صارم على الموجات المستوية في وسط متجانس غير مخفف متساوي الخواص، بينما في وسط متباين الخواص (مثل البلورات ثنائية الانكسار كما هو موضح أدناه) قد يكون للمجال الكهربائي أو المغناطيسي مكونات طولية وعرضية. في هذه الحالات، لا تزال الإزاحة الكهربائية D وكثافة التدفق المغناطيسي B ^{[ بحاجة لتوضيح ]} تخضعان للهندسة المذكورة أعلاه ولكن بسبب التباين في القابلية الكهربائية (أو في النفاذية المغناطيسية )، والتي تُعطى الآن بواسطة موتر ، قد يختلف اتجاه E (أو H ) عن اتجاه D (أو B ). حتى في الوسائط المتجانسة، يمكن إطلاق ما يسمى بالموجات غير المتجانسة في وسط يكون مؤشر الانكسار الخاص به جزءًا تخيليًا كبيرًا (أو " معامل الانقراض ") مثل المعادن؛ ^{[ بحاجة لتوضيح ]} هذه المجالات ليست عرضية تمامًا أيضًا. ^{[9] : 179–184  [10] : 51–52} الموجات السطحية أو الموجات المنتشرة في موجه ضوئي (مثل الألياف الضوئية ) ليست موجات عرضية بشكل عام، ولكن يمكن وصفها بأنها وضع عرضي كهربائي أو مغناطيسي ، أو وضع هجين.

حتى في الفضاء الحر، يمكن توليد مكونات المجال الطولي في المناطق البؤرية، حيث ينهار تقريب الموجة المستوية. ومن الأمثلة المتطرفة الضوء المستقطب شعاعيًا أو مماسيًا، حيث يكون المجال الكهربائي أو المغناطيسي عند بؤرته طوليًا بالكامل (على طول اتجاه الانتشار). ^[11]

بالنسبة للموجات الطولية مثل الموجات الصوتية في السوائل ، يكون اتجاه التذبذب بحكم التعريف على طول اتجاه السفر، لذلك لا يتم ذكر مسألة الاستقطاب عادةً. من ناحية أخرى، يمكن أن تكون الموجات الصوتية في مادة صلبة كبيرة عرضية وكذلك طولية، بإجمالي ثلاثة مكونات استقطاب. في هذه الحالة، يرتبط الاستقطاب العرضي باتجاه إجهاد القص والإزاحة في اتجاهات عمودية على اتجاه الانتشار، بينما يصف الاستقطاب الطولي ضغط المادة الصلبة والاهتزاز على طول اتجاه الانتشار. الانتشار التفاضلي للاستقطابات العرضية والطولية مهم في علم الزلازل .

يمكن تعريف الاستقطاب من حيث حالات الاستقطاب النقية مع وجود موجة جيبية متماسكة فقط عند تردد بصري واحد. قد يصف المتجه في الرسم البياني المجاور تذبذب المجال الكهربائي المنبعث من ليزر أحادي الوضع (الذي يكون تردد تذبذبه عادةً10 ¹⁵ مرة أسرع). يتذبذب المجال في المستوى xy ، على طول الصفحة، مع انتشار الموجة في اتجاه z ، عموديًا على الصفحة. يتتبع الرسمان البيانيان الأولان أدناه متجه المجال الكهربائي على مدار دورة كاملة للاستقطاب الخطي في اتجاهين مختلفين؛ ويعتبر كل منهما حالة استقطاب مميزة (SOP). يمكن أيضًا اعتبار الاستقطاب الخطي عند 45 درجة بمثابة إضافة موجة مستقطبة خطيًا أفقيًا (كما في الشكل الموجود في أقصى اليسار) وموجة مستقطبة رأسياً بنفس السعة في نفس الطور .

الآن إذا كان المرء سيقدم تحول طور بين مكونات الاستقطاب الأفقي والرأسي، فسيحصل عمومًا على استقطاب بيضاوي ^[12] كما هو موضح في الشكل الثالث. عندما يكون تحول الطور بالضبط ±90 درجة، والسعات هي نفسها، يتم إنتاج الاستقطاب الدائري (الشكلان الرابع والخامس). يمكن إنشاء الاستقطاب الدائري عن طريق إرسال ضوء مستقطب خطيًا عبر لوحة ربع موجة موجهة عند 45 درجة إلى الاستقطاب الخطي لإنشاء مكونين بنفس السعة مع تحول الطور المطلوب. يتسبب تراكب المكونات الأصلية والمتحولة في الطور في متجه مجال كهربائي دوار، والذي تم تصويره في الرسوم المتحركة على اليمين. لاحظ أن الاستقطاب الدائري أو البيضاوي يمكن أن ينطوي إما على دوران في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة للحقل، اعتمادًا على المراحل النسبية للمكونات. تتوافق هذه مع حالات استقطاب مميزة، مثل الاستقطابين الدائريين الموضحين أعلاه.

إن اتجاه المحورين x و y المستخدمان في هذا الوصف تعسفي. إن اختيار نظام إحداثيات كهذا وعرض القطع الناقص للاستقطاب من حيث مكونات الاستقطاب x و y يتوافق مع تعريف متجه جونز (أدناه) من حيث استقطابات الأساس تلك . يتم اختيار المحاور لتناسب مشكلة معينة، مثل وجود x في مستوى السقوط. نظرًا لوجود معاملات انعكاس منفصلة للاستقطابات الخطية في مستوى السقوط والعمودية عليه ( استقطابات p و s ، انظر أدناه)، فإن هذا الاختيار يبسط إلى حد كبير حساب انعكاس الموجة من سطح ما.

يمكن استخدام أي زوج من حالات الاستقطاب المتعامد كوظائف أساسية، وليس فقط الاستقطابات الخطية. على سبيل المثال، يؤدي اختيار الاستقطابات الدائرية اليمنى واليسرى كوظائف أساسية إلى تبسيط حل المشكلات التي تتضمن ازدواجية الانكسار الدائرية (النشاط البصري) أو ازدواجية اللون الدائرية.

بالنسبة لموجة أحادية اللون مستقطبة بحتة، يرسم متجه المجال الكهربائي على مدار دورة واحدة من التذبذب قطعًا ناقصًا. يمكن بعد ذلك وصف حالة الاستقطاب فيما يتعلق بالمعلمات الهندسية للقطع الناقص، و"يده"، أي ما إذا كان الدوران حول القطع الناقص في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. تحدد إحدى معلمات الشكل الإهليلجي زاوية الاتجاه ψ ، والتي تُعرف بأنها الزاوية بين المحور الرئيسي للقطع الناقص والمحور x [ ^13] إلى جانب القطع الناقص ε = a/b ، وهي نسبة المحور الرئيسي إلى المحور الثانوي للقطع الناقص. ^{[14] [15] [16]} (المعروفة أيضًا باسم النسبة المحورية ). معلمة القطع الناقص هي معلمة بديلة لانحراف القطع الناقص أو زاوية القطع الناقص ، كما هو موضح في الشكل. ^[13] الزاوية χ مهمة أيضًا لأن خط العرض (الزاوية من خط الاستواء) لحالة الاستقطاب كما هو موضح في كرة بوانكاريه (انظر أدناه) يساوي ±2 χ . تتوافق الحالات الخاصة للاستقطاب الخطي والدائري مع إهليلجية ε من اللانهاية والوحدة (أو χ من الصفر و45 درجة) على التوالي. ${\textstyle e={\sqrt {1-b^{2}/a^{2}}},}$${\textstyle \chi =\arctan b/a}$ ${\textstyle =\arctan 1/\varepsilon }$

يتم أيضًا توفير معلومات كاملة عن حالة الاستقطاب الكامل من خلال سعة وطور التذبذبات في مكونين من متجه المجال الكهربائي في مستوى الاستقطاب. تم استخدام هذا التمثيل أعلاه لإظهار كيف يمكن أن تكون حالات الاستقطاب المختلفة ممكنة. يمكن تمثيل معلومات السعة والطور بشكل ملائم كمتجه مركب ثنائي الأبعاد ( متجه جونز ):

$${\displaystyle \mathbf {e} ={\begin{bmatrix}a_{1}e^{i\theta _{1}}\\a_{2}e^{i\theta _{2}}\end{bmatrix}}.}$$

هنا، _{يشير 1} و 2 إلى سعة الموجة في مكوني متجه المجال الكهربائي، بينما يمثل _{θ 1} و θ ₂ الطورين. يعطي حاصل متجه جونز بعدد مركب من وحدات القياس متجه جونز مختلفًا يمثل نفس القطع الناقص، وبالتالي نفس حالة الاستقطاب. سيتغير المجال الكهربائي الفيزيائي ، كجزء حقيقي من متجه جونز، ولكن حالة الاستقطاب نفسها مستقلة عن الطور المطلق . لا يلزم أن تمثل متجهات الأساس المستخدمة لتمثيل متجه جونز حالات استقطاب خطية (أي أن تكون حقيقية ). بشكل عام، يمكن استخدام أي حالتين متعامدتين، حيث يتم تعريف زوج متجه متعامد رسميًا على أنه واحد له حاصل داخلي صفري . الخيار الشائع هو الاستقطابات الدائرية اليسرى واليمنى، على سبيل المثال لنمذجة الانتشار المختلف للموجات في مكونين من هذا القبيل في وسائط ثنائية الانكسار دائرية (انظر أدناه) أو مسارات إشارة لكاشفات متماسكة حساسة للاستقطاب الدائري.

بغض النظر عما إذا كانت حالة الاستقطاب ممثلة باستخدام معلمات هندسية أو متجهات جونز، فإن المعلمة تتضمن ضمنيًا اتجاه إطار الإحداثيات. وهذا يسمح بدرجة من الحرية، أي الدوران حول اتجاه الانتشار. عند النظر في الضوء الذي ينتشر بالتوازي مع سطح الأرض، غالبًا ما يتم استخدام مصطلحي الاستقطاب "الأفقي" و"الرأسي"، حيث يرتبط الأول بالمكون الأول لمتجه جونز، أو زاوية السمت الصفرية. من ناحية أخرى، في علم الفلك، يتم استخدام نظام الإحداثيات الاستوائية بشكل عام بدلاً من ذلك، حيث يتوافق السمت الصفري (أو زاوية الموضع، كما يُطلق عليه عادةً في علم الفلك لتجنب الخلط مع نظام الإحداثيات الأفقية ) مع الشمال الصحيح.

هناك نظام إحداثيات آخر يستخدم بشكل متكرر يتعلق بمستوى السقوط . هذا هو المستوى الذي يصنعه اتجاه الانتشار الوارد والمتجه العمودي على مستوى الواجهة، أو بعبارة أخرى، المستوى الذي يسافر فيه الشعاع قبل وبعد الانعكاس أو الانكسار. يُطلق على مكون المجال الكهربائي الموازي لهذا المستوى اسم p-like (موازي) ويُطلق على المكون العمودي على هذا المستوى اسم s-like (من كلمة senkrecht ، والتي تعني بالألمانية "عمودي"). وبالتالي يُشار إلى الضوء المستقطب بحقله الكهربائي على طول مستوى السقوط باسم p-polarized ، بينما يُطلق على الضوء الذي يكون مجاله الكهربائي عموديًا على مستوى السقوط اسم s-polarized . يُشار إلى الاستقطاب P- عادةً باسم المغناطيسي المستعرض (TM)، كما يُطلق عليه أيضًا اسم الاستقطاب pi أو π - polarized ، أو الاستقطاب المستوي المماسي . يُطلق على الاستقطاب S أيضًا اسم الاستقطاب الكهربائي المستعرض (TE)، بالإضافة إلى الاستقطاب سيجما أو الاستقطاب σ ، أو الاستقطاب في المستوى السهمي .

درجة الاستقطاب ( DOP ) هي كمية تستخدم لوصف جزء الموجة الكهرومغناطيسية المستقطب. يمكن حساب درجة الاستقطاب من معلمات ستوكس . الموجة المستقطبة تمامًا لها درجة استقطاب 100%، بينما الموجة غير المستقطبة لها درجة استقطاب 0%. الموجة المستقطبة جزئيًا، وبالتالي يمكن تمثيلها بتراكب مكون مستقطب وغير مستقطب، سيكون لها درجة استقطاب في مكان ما بين 0 و100%. يتم حساب درجة الاستقطاب باعتبارها جزءًا من إجمالي الطاقة التي يحملها المكون المستقطب للموجة.

يمكن استخدام DOP لرسم خريطة لحقل الإجهاد في المواد عند النظر في DOP للتألق الضوئي . يرتبط استقطاب التألق الضوئي بالإجهاد في مادة ما من خلال موتر المرونة الضوئية للمادة المعطاة .

يتم أيضًا تصور DOP باستخدام تمثيل كرة بوانكاريه لشعاع مستقطب. في هذا التمثيل، يكون DOP مساويًا لطول المتجه المقاس من مركز الكرة.

في الفراغ ، تنتشر مكونات المجال الكهربائي بسرعة الضوء ، بحيث يتغير طور الموجة في المكان والزمان بينما لا تتغير حالة الاستقطاب. أي أن متجه المجال الكهربائي e لموجة مستوية في الاتجاه + z يتبع: $${\displaystyle \mathbf {e} (z+\Delta z,t+\Delta t)=\mathbf {e} (z,t)e^{ik(c\Delta t-\Delta z)},}$$

حيث k هو رقم الموجة . وكما هو مذكور أعلاه، فإن المجال الكهربائي اللحظي هو الجزء الحقيقي من حاصل ضرب متجه جونز في عامل الطور . عندما تتفاعل موجة كهرومغناطيسية مع المادة، يتغير انتشارها وفقًا لمؤشر انكسار المادة (المعقد) . عندما يعتمد الجزء الحقيقي أو التخيلي من مؤشر الانكسار هذا على حالة استقطاب الموجة، وهي خصائص تُعرف باسم ازدواجية الانكسار وازدواجية الاستقطاب ( أو التوهين ) على التوالي، فإن حالة استقطاب الموجة ستتغير بشكل عام. ${\displaystyle e^{-i\omega t}}$

في مثل هذه الوسائط، يمكن تحليل الموجة الكهرومغناطيسية بأي حالة استقطاب معينة إلى مكونين مستقطبين بشكل متعامد يواجهان ثوابت انتشار مختلفة . يمكن وصف تأثير الانتشار على مسار معين على هذين المكونين بسهولة في شكل مركب مصفوفة التحويل 2 × 2 J المعروفة باسم مصفوفة جونز : $${\displaystyle \mathbf {e'} =\mathbf {J} \mathbf {e} .}$$

تعتمد مصفوفة جونز الناتجة عن المرور عبر مادة شفافة على مسافة الانتشار وكذلك ازدواجية الانكسار. عادةً ما تكون ازدواجية الانكسار (وكذلك متوسط ​​معامل الانكسار) متشتتة ، أي أنها ستختلف كدالة للتردد الضوئي (الطول الموجي). ومع ذلك، في حالة المواد غير ثنائية الانكسار،مصفوفة جونز 2 × 2 هي مصفوفة الهوية (مضروبة في عامل الطور القياسي وعامل التوهين)، مما يعني عدم وجود تغيير في الاستقطاب أثناء الانتشار.

بالنسبة لتأثيرات الانتشار في وضعين متعامدين، يمكن كتابة مصفوفة جونز على النحو التالي: $${\displaystyle \mathbf {J} =\mathbf {T} {\begin{bmatrix}g_{1}&0\\0&g_{2}\end{bmatrix}}\mathbf {T} ^{-1},}$$

حيث g ₁ و g ₂ عبارة عن أعداد مركبة تصف تأخير الطور وربما التوهين في السعة بسبب الانتشار في كل من الوضعين الذاتيين للاستقطاب . T عبارة عن مصفوفة وحدوية تمثل تغييرًا في الأساس من أوضاع الانتشار هذه إلى النظام الخطي المستخدم لمتجهات جونز؛ في حالة الازدواج الانكساري الخطي أو التوهين غير الخطي، تكون الأوضاع نفسها حالات استقطاب خطي، لذا يمكن حذف T و T ⁻¹ إذا تم اختيار محاور الإحداثيات بشكل مناسب.

في مادة ثنائية الانكسار ، تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية ذات الاستقطابات المختلفة بسرعات مختلفة ( سرعات الطور ). ونتيجة لذلك، عندما تنتقل الموجات غير المستقطبة عبر صفيحة من مادة ثنائية الانكسار، يكون أحد مكونات الاستقطاب له طول موجي أقصر من الآخر، مما يؤدي إلى اختلاف طور بين المكونات والذي يزداد كلما زادت مسافة انتقال الموجات عبر المادة. مصفوفة جونز هي مصفوفة وحدوية : | g ₁ | = | g ₂ | = 1. يمكن وصف الوسائط التي يطلق عليها اسم ditenuating (أو dichroic بمعنى الاستقطاب)، والتي تتأثر فيها فقط سعات الاستقطابين بشكل تفاضلي، باستخدام مصفوفة هيرميتية (مضروبة عمومًا بعامل طور مشترك). في الواقع، نظرًا لأنه يمكن كتابة أي مصفوفة على أنها حاصل ضرب مصفوفات هيرميتية وحدوية وإيجابية، يمكن كتابة انتشار الضوء عبر أي تسلسل من المكونات البصرية المعتمدة على الاستقطاب على أنه حاصل ضرب هذين النوعين الأساسيين من التحويلات.

في الوسائط ثنائية الانكسار لا يوجد توهين، ولكن هناك وضعان يتراكم فيهما تأخير طور تفاضلي. تظهر مظاهر معروفة للازدواجية الخطية (أي حيث تكون الاستقطابات الأساسية عبارة عن استقطابات خطية متعامدة) في ألواح الموجات الضوئية /المثبطات والعديد من البلورات. إذا مر الضوء المستقطب خطيًا عبر مادة ثنائية الانكسار، فإن حالة استقطابه ستتغير عمومًا، ما لم يكن اتجاه استقطابه مطابقًا لأحد تلك الاستقطابات الأساسية. نظرًا لأن تحول الطور، وبالتالي التغير في حالة الاستقطاب، يعتمد عادةً على الطول الموجي، فإن مثل هذه الأشياء التي يتم مشاهدتها تحت الضوء الأبيض بين مستقطبين قد تؤدي إلى تأثيرات ملونة، كما هو موضح في الصورة المرفقة.

يُطلق على الازدواج الانكساري الدائري أيضًا اسم النشاط البصري ، وخاصة في السوائل الكيرالية ، أو دوران فاراداي ، وذلك بسبب وجود مجال مغناطيسي على طول اتجاه الانتشار. عندما يمر الضوء المستقطب خطيًا عبر مثل هذا الجسم، فإنه سيخرج مستقطبًا خطيًا، ولكن مع دوران محور الاستقطاب. سيكون للجمع بين الازدواج الانكساري الخطي والدائري استقطابان بيضاويان متعامدان كأساس للاستقطاب؛ ومع ذلك، نادرًا ما يتم استخدام مصطلح "الازدواج الانكساري البيضاوي".

يمكن تصور حالة الازدواج الانكساري الخطي (مع وضعي انتشار خطيين متعامدين) مع موجة واردة مستقطبة خطيًا بزاوية 45 درجة لتلك الأوضاع. عندما يبدأ الطور التفاضلي في التراكم، يصبح الاستقطاب بيضاويًا، ويتغير في النهاية إلى استقطاب دائري بحت (فرق طور 90 درجة)، ثم إلى استقطاب بيضاوي وفي النهاية خطي (طور 180 درجة) عموديًا على الاستقطاب الأصلي، ثم من خلال دائري مرة أخرى (طور 270 درجة)، ثم بيضاوي بزاوية السمت الأصلية، وأخيرًا يعود إلى حالة الاستقطاب الخطي الأصلية (طور 360 درجة) حيث تبدأ الدورة من جديد. بشكل عام، يكون الموقف أكثر تعقيدًا ويمكن وصفه بأنه دوران في مجال بوانكاريه حول المحور الذي تحدده أوضاع الانتشار. تظهر أمثلة للازدواج الانكساري الخطي (الأزرق) والدائري (الأحمر) والإهليلجي (الأصفر) في الشكل الموجود على اليسار. لا تتأثر الكثافة الكلية ودرجة الاستقطاب. إذا كان طول المسار في الوسط ثنائي الانكسار كافيًا، فيمكن لمكوني الاستقطاب لشعاع (أو شعاع ) موجه أن يخرجا من المادة بإزاحة موضعية، على الرغم من أن اتجاهات انتشارهما النهائية ستكون هي نفسها (على افتراض أن وجه الدخول ووجه الخروج متوازيان). يُنظر إلى هذا عادةً باستخدام بلورات الكالسيت ، والتي تقدم للمشاهد صورتين مزاحتين قليلاً، في استقطابين متعاكسين، لجسم خلف البلورة. كان هذا التأثير هو الذي قدم أول اكتشاف للاستقطاب، بواسطة إيراسموس بارثولينوس في عام 1669.

تُسمى الوسائط التي يتم فيها تقليل انتقال أحد أنماط الاستقطاب بشكل تفضيلي بالوسائط ثنائية اللون أو مخففة . ومثلها كمثل الازدواج الانكساري، يمكن أن يكون التخفيف بالنسبة لأنماط الاستقطاب الخطية (في البلورة) أو أنماط الاستقطاب الدائرية (عادةً في السائل).

الأجهزة التي تحجب تقريبًا كل الإشعاع في وضع واحد تُعرف باسم مرشحات الاستقطاب أو ببساطة " المستقطبات ". وهذا يتوافق مع g ₂ = 0 في التمثيل أعلاه لمصفوفة جونز. إن خرج المستقطب المثالي هو حالة استقطاب محددة (عادةً استقطاب خطي) بسعة تساوي السعة الأصلية للموجة المدخلة في وضع الاستقطاب هذا. يتم التخلص من الطاقة في وضع الاستقطاب الآخر. وبالتالي، إذا مر الضوء غير المستقطب عبر مستقطب مثالي (حيث g ₁ = 1 و g ₂ = 0 ) يتم الاحتفاظ بنصف طاقته الأولية بالضبط. تحتوي المستقطبات العملية، وخاصة المستقطبات الورقية غير المكلفة، على خسارة إضافية بحيث تكون g ₁ < 1. ومع ذلك، في كثير من الحالات، يكون الرقم الأكثر أهمية هو درجة استقطاب المستقطب أو نسبة الانقراض ، والتي تنطوي على مقارنة g ₁ إلى g ₂ . نظرًا لأن متجهات جونز تشير إلى سعة الموجات (بدلاً من شدتها )، فعند إضاءتها بالضوء غير المستقطب، فإن الطاقة المتبقية في الاستقطاب غير المرغوب فيه ستكون ( g ₂ / g ₁ ) ² من الطاقة في الاستقطاب المقصود.

بالإضافة إلى ازدواجية الانكسار وثنائية اللون في الوسائط الممتدة، يمكن أن تحدث أيضًا تأثيرات الاستقطاب التي يمكن وصفها باستخدام مصفوفات جونز عند الواجهة (الانعكاسية) بين مادتين لهما معامل انكسار مختلف . تتم معالجة هذه التأثيرات بواسطة معادلات فرينل . ينتقل جزء من الموجة وينعكس جزء آخر؛ بالنسبة لمادة معينة، تعتمد هذه النسب (وكذلك طور الانعكاس) على زاوية السقوط وتختلف بالنسبة للاستقطابين s و p . لذلك، تتغير حالة استقطاب الضوء المنعكس (حتى لو كان غير مستقطب في البداية) بشكل عام.

أي ضوء يسقط على سطح بزاوية سقوط خاصة تُعرف بزاوية بروستر ، حيث يكون معامل الانعكاس للاستقطاب p يساوي صفرًا، سينعكس مع بقاء الاستقطاب s فقط . يتم استخدام هذا المبدأ في ما يسمى "مستقطب كومة الألواح" (انظر الشكل) حيث يتم إزالة جزء من الاستقطاب s عن طريق الانعكاس عند كل سطح بزاوية بروستر، ولا يتبقى سوى الاستقطاب p بعد النقل عبر العديد من هذه الأسطح. معامل الانعكاس الأصغر عمومًا للاستقطاب p هو أيضًا أساس النظارات الشمسية المستقطبة ؛ عن طريق حجب الاستقطاب s (الأفقي)، تتم إزالة معظم الوهج الناتج عن الانعكاس من شارع مبلل، على سبيل المثال. ^{[23] : 348–350}

في الحالة الخاصة المهمة للانعكاس عند السقوط الطبيعي (لا يشمل المواد المتباينة الخواص) لا يوجد استقطاب s - أو p - معين. ينعكس كل من مكونات الاستقطاب x و y بنفس الطريقة، وبالتالي فإن استقطاب الموجة المنعكسة مطابق لاستقطاب الموجة الواردة. ومع ذلك، في حالة الاستقطاب الدائري (أو الإهليلجي)، يتم عكس اتجاه حالة الاستقطاب، حيث يتم تحديد ذلك وفقًا للاتفاقية بالنسبة لاتجاه الانتشار. تسمى الدورة الدائرية للحقل الكهربائي حول محاور xy "اليمين" لموجة في اتجاه + z "اليسار" لموجة في اتجاه - z . ولكن في الحالة العامة للانعكاس عند زاوية سقوط غير صفرية، لا يمكن إجراء مثل هذا التعميم. على سبيل المثال، الضوء المستقطب دائريًا إلى اليمين المنعكس من سطح عازل بزاوية احتكاك، سيظل مستقطبًا إلى اليمين (ولكن بشكل إهليلجي). الضوء المستقطب خطيًا المنعكس من المعدن عند سقوط غير طبيعي سوف يصبح مستقطبًا بشكل بيضاوي بشكل عام. يتم التعامل مع هذه الحالات باستخدام متجهات جونز التي تعمل عليها معاملات فرينل المختلفة لمكونات الاستقطاب s و p .

تعتمد بعض تقنيات القياس البصري على الاستقطاب. وفي العديد من التقنيات البصرية الأخرى، يكون الاستقطاب أمرًا بالغ الأهمية أو على الأقل يجب أخذه في الاعتبار والتحكم فيه؛ وهناك أمثلة كثيرة لا يمكن حصرها.

في الهندسة ، تسمح ظاهرة الازدواج الانكساري الناتج عن الإجهاد بملاحظة الإجهادات في المواد الشفافة بسهولة. وكما هو مذكور أعلاه وكما هو واضح في الصورة المرفقة، فإن اللون الناتج عن الازدواج الانكساري يخلق عادةً أنماطًا ملونة عند النظر إليه بين مستقطبين. ومع تطبيق القوى الخارجية، يتم ملاحظة الإجهاد الداخلي الناتج في المادة. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يتم ملاحظة الازدواج الانكساري بسبب الإجهادات "المجمدة" في وقت التصنيع. ومن المعروف أن هذا يُلاحظ في شريط السيلوفان الذي يرجع الازدواج الانكساري فيه إلى تمدد المادة أثناء عملية التصنيع.

القياس الإهليلجي هو تقنية فعّالة لقياس الخصائص البصرية لسطح موحد. وهو يتضمن قياس حالة استقطاب الضوء بعد الانعكاس المرآوي من مثل هذا السطح. ويتم ذلك عادةً كدالة لزاوية السقوط أو الطول الموجي (أو كليهما). ونظرًا لأن القياس الإهليلجي يعتمد على الانعكاس، فليس من الضروري أن تكون العينة شفافة للضوء أو أن يكون جانبها الخلفي قابلاً للوصول.

يمكن استخدام القياس الإهليلجي لنمذجة معامل الانكسار (المعقد) لسطح مادة كبيرة. كما أنه مفيد جدًا في تحديد معلمات طبقة أو أكثر من طبقات الأغشية الرقيقة المترسبة على ركيزة. نظرًا لخصائص الانعكاس الخاصة بها ، لا يتم التنبؤ فقط بحجم مكونات الاستقطاب p و s ، ولكن أيضًا تحولات الطور النسبية عند الانعكاس، مقارنة بالقياسات باستخدام مقياس الإهليلجي. لا يقيس مقياس الإهليلجي العادي معامل الانعكاس الفعلي (الذي يتطلب معايرة ضوئية دقيقة للحزمة المضيئة) ولكن نسبة انعكاسات p و s ، بالإضافة إلى تغيير إهليلجية الاستقطاب (ومن هنا جاء الاسم) الناجم عن الانعكاس بواسطة السطح الذي تتم دراسته. بالإضافة إلى الاستخدام في العلوم والبحث، تُستخدم مقاييس الإهليلجي في الموقع للتحكم في عمليات الإنتاج على سبيل المثال. ^{[24] : 585ff  [25] : 632}

تنتشر خاصية الازدواج الانكساري (الخطي) على نطاق واسع في المعادن البلورية ، وكانت في الواقع محورية في الاكتشاف الأولي للاستقطاب. في علم المعادن ، يتم استغلال هذه الخاصية بشكل متكرر باستخدام المجاهر الاستقطابية ، لغرض تحديد المعادن. انظر علم المعادن الضوئي لمزيد من التفاصيل. ^{[26] : 163–164}

تظهر الموجات الصوتية في المواد الصلبة استقطابًا. يعد الانتشار التفاضلي للاستقطابات الثلاثة عبر الأرض أمرًا بالغ الأهمية في مجال علم الزلازل . تسمى الموجات الزلزالية المستقطبة أفقيًا ورأسيًا ( موجات القص ) SH و SV، بينما تسمى الموجات ذات الاستقطاب الطولي ( الموجات الانضغاطية ) موجات P. ^{[27] : 48–50  [28] : 56–57}

على نحو مماثل، يمكن استخدام المجاهر الاستقطابية للمساعدة في الكشف عن المواد الغريبة في شرائح الأنسجة البيولوجية إذا كانت ثنائية الانكسار؛ وغالبًا ما تذكر عمليات التشريح (عدم وجود أو وجود) "حطام غريب قابل للاستقطاب". ^[29]

لقد رأينا (أعلاه) أن ازدواجية الانكسار لنوع من البلورات مفيدة في تحديدها، وبالتالي فإن اكتشاف ازدواجية الانكسار الخطية مفيد بشكل خاص في الجيولوجيا وعلم المعادن . عادةً ما تتغير حالة استقطاب الضوء المستقطب خطيًا عند انتقاله عبر مثل هذه البلورة، مما يجعله يبرز عند النظر إليه بين اثنين من المستقطبين المتقاطعين، كما هو موضح في الصورة أعلاه. وبالمثل، في الكيمياء، يمكن أن يكون دوران محاور الاستقطاب في محلول سائل قياسًا مفيدًا. في السائل، يكون ازدواجية الانكسار الخطية مستحيلة، ولكن قد يكون هناك ازدواجية انكسار دائرية عندما يكون الجزيء الكيرالي في المحلول. عندما تكون المتماثلات الضوئية اليمنى واليسرى لمثل هذا الجزيء موجودة بأعداد متساوية (ما يسمى بالخليط الراسيم ) فإن تأثيراتها تلغي بعضها البعض. ومع ذلك، عندما يكون هناك واحد فقط (أو غلبة واحد)، كما هو الحال في أغلب الأحيان للجزيئات العضوية ، يتم ملاحظة ازدواجية الانكسار الدائري الصافي (أو النشاط الضوئي )، مما يكشف عن حجم هذا الخلل (أو تركيز الجزيء نفسه، عندما يمكن افتراض وجود متماثل ضوئي واحد فقط). يتم قياس ذلك باستخدام مقياس الاستقطاب حيث يمر الضوء المستقطب عبر أنبوب من السائل، وفي نهايته يوجد مستقطب آخر يتم تدويره من أجل إبطال انتقال الضوء من خلاله. ^{[23] : 360–365  [30]}

في العديد من مجالات علم الفلك ، تعتبر دراسة الإشعاع الكهرومغناطيسي المستقطب من الفضاء الخارجي ذات أهمية كبيرة. على الرغم من أنه ليس عاملًا عادةً في الإشعاع الحراري للنجوم ، إلا أن الاستقطاب موجود أيضًا في الإشعاع من المصادر الفلكية المتماسكة (مثل أجهزة الماسر الهيدروكسيل أو الميثانول )، والمصادر غير المتماسكة مثل الفصوص الراديوية الكبيرة في المجرات النشطة، وإشعاع الراديو النابض (والذي قد يكون متماسكًا في بعض الأحيان، كما يُفترض)، ويُفرض أيضًا على ضوء النجوم من خلال التشتت من الغبار بين النجوم . وبصرف النظر عن توفير معلومات حول مصادر الإشعاع والتشتت، فإن الاستقطاب يستكشف أيضًا المجال المغناطيسي بين النجوم عبر دوران فاراداي . ^{[31] : 119، 124  [32] : 336-337} يتم استخدام استقطاب الخلفية الكونية للميكروويف لدراسة فيزياء الكون المبكر جدًا. ^{[33] [34]} إشعاع السنكروترون مستقطب بطبيعته. وقد اقترح أن المصادر الفلكية تسببت في كيرالية الجزيئات البيولوجية على الأرض، ^[35] ولكن تم اقتراح اختيار الكيرالية على البلورات غير العضوية كنظرية بديلة. ^[36]

الضوء غير المستقطب، بعد انعكاسه على سطح لامع، يحصل عمومًا على درجة من الاستقطاب. وقد لاحظ هذه الظاهرة في أوائل القرن التاسع عشر عالم الرياضيات إتيان لويس مالوس ، الذي سُمي قانون مالوس على اسمه. تستغل النظارات الشمسية المستقطبة هذا التأثير لتقليل الوهج الناتج عن الانعكاسات على الأسطح الأفقية، وخاصة الطريق أمامك عند النظر إليه بزاوية مائلة.

من الممكن أن يلاحظ مرتدو النظارات الشمسية المستقطبة أحيانًا تأثيرات استقطاب غير مقصودة مثل تأثيرات ثنائية الانكسار المعتمدة على اللون، على سبيل المثال في الزجاج المقسّى (مثل نوافذ السيارات) أو العناصر المصنوعة من البلاستيك الشفاف ، بالتزامن مع الاستقطاب الطبيعي عن طريق الانعكاس أو التشتت. يكون الضوء المستقطب من شاشات LCD (انظر أدناه) واضحًا للغاية عند ارتدائها.

يُلاحظ الاستقطاب في ضوء السماء ، وذلك بسبب تشتت ضوء الشمس بواسطة الهباء الجوي أثناء مروره عبر الغلاف الجوي للأرض . يُنتج الضوء المشتت السطوع واللون في السماء الصافية. يمكن استخدام هذا الاستقطاب الجزئي للضوء المشتت لتغميق السماء في الصور الفوتوغرافية، مما يزيد من التباين. يُلاحظ هذا التأثير بشكل أقوى عند نقاط السماء التي تشكل زاوية 90 درجة مع الشمس. تستخدم المرشحات المستقطبة هذه التأثيرات لتحسين نتائج تصوير المشاهد التي تتضمن انعكاسًا أو تشتتًا بواسطة السماء. ^{[23] : 346–347  [37] : 495–499}

لقد تم استخدام استقطاب السماء للتوجيه في الملاحة. تم استخدام بوصلة السماء Pfund في الخمسينيات من القرن العشرين عند الملاحة بالقرب من أقطاب المجال المغناطيسي للأرض عندما لم تكن الشمس ولا النجوم مرئية (على سبيل المثال، تحت سحابة النهار أو الشفق ). وقد اقترح، بشكل مثير للجدل، أن الفايكنج استغلوا جهازًا مشابهًا ( حجر الشمس ) في بعثاتهم المكثفة عبر شمال الأطلسي في القرنين التاسع والحادي عشر، قبل وصول البوصلة المغناطيسية من آسيا إلى أوروبا في القرن الثاني عشر. ترتبط بوصلة السماء " الساعة القطبية "، التي اخترعها تشارلز ويتستون في أواخر القرن التاسع عشر. ^{[38] : 67–69}

يعتمد مبدأ تقنية شاشات الكريستال السائل على دوران محور الاستقطاب الخطي بواسطة مجموعة الكريستال السائل. يمر الضوء من الإضاءة الخلفية (أو الطبقة العاكسة الخلفية، في الأجهزة التي لا تتضمن أو تتطلب إضاءة خلفية) أولاً عبر ورقة استقطاب خطية. يمر هذا الضوء المستقطب عبر طبقة الكريستال السائل الفعلية التي قد تكون منظمة في وحدات بكسل (لأجهزة التلفاز أو شاشات الكمبيوتر) أو في تنسيق آخر مثل شاشة مكونة من سبعة أجزاء أو شاشة تحتوي على رموز مخصصة لمنتج معين. يتم إنتاج طبقة الكريستال السائل بحركة كيرالية يمينية (أو يسارية) ثابتة، تتكون بشكل أساسي من حلزونات صغيرة . يتسبب هذا في حدوث ازدواجية انكسار دائرية، ويتم تصميمه بحيث يكون هناك دوران بزاوية 90 درجة لحالة الاستقطاب الخطي. ومع ذلك، عندما يتم تطبيق جهد عبر خلية، تستقيم الجزيئات، مما يقلل أو يفقد الازدواجية الدائرية تمامًا. على جانب المشاهدة من الشاشة توجد ورقة استقطاب خطية أخرى، موجهة عادةً بزاوية 90 درجة من الورقة الموجودة خلف الطبقة النشطة. لذلك، عندما يتم إزالة الازدواج الدائري عن طريق تطبيق جهد كافي، فإن استقطاب الضوء المنقول يظل بزاوية قائمة على المستقطب الأمامي، ويبدو البكسل داكنًا. ومع عدم وجود جهد، فإن دوران الاستقطاب بمقدار 90 درجة يجعله يتطابق تمامًا مع محور المستقطب الأمامي، مما يسمح للضوء بالمرور. تخلق الفولتية المتوسطة دورانًا متوسطًا لمحور الاستقطاب ويكون للبكسل شدة متوسطة. تنتشر الشاشات القائمة على هذا المبدأ على نطاق واسع، وهي تستخدم الآن في الغالبية العظمى من أجهزة التلفزيون وشاشات الكمبيوتر وأجهزة عرض الفيديو، مما يجعل تقنية CRT السابقة عتيقة إلى حد كبير. إن استخدام الاستقطاب في تشغيل شاشات LCD واضح على الفور لشخص يرتدي نظارة شمسية مستقطبة، مما يجعل الشاشة غالبًا غير قابلة للقراءة.

بمعنى مختلف تمامًا، أصبح ترميز الاستقطاب الطريقة الرائدة (ولكن ليس الوحيدة) لتقديم صور منفصلة للعين اليسرى واليمنى في شاشات العرض المجسمة المستخدمة في الأفلام ثلاثية الأبعاد . يتضمن ذلك صورًا منفصلة مخصصة لكل عين إما يتم عرضها من جهازين عرض مختلفين بمرشحات استقطاب موجهة بشكل متعامد أو، بشكل أكثر شيوعًا، من جهاز عرض واحد مع استقطاب مضاعف زمني (جهاز استقطاب متناوب سريع للإطارات المتعاقبة). تضمن النظارات ثلاثية الأبعاد المستقطبة مع مرشحات الاستقطاب المناسبة أن تتلقى كل عين الصورة المقصودة فقط. تاريخيًا، استخدمت مثل هذه الأنظمة ترميز الاستقطاب الخطي لأنه كان غير مكلفًا وقدم فصلًا جيدًا. ومع ذلك، فإن الاستقطاب الدائري يجعل فصل الصورتين غير حساس لإمالة الرأس، ويُستخدم على نطاق واسع في عرض الأفلام ثلاثية الأبعاد اليوم، مثل النظام من RealD . يتطلب عرض مثل هذه الصور شاشات تحافظ على استقطاب الضوء المسقط عند عرضه في الانعكاس (مثل الشاشات الفضية )؛ تتسبب شاشة العرض البيضاء المنتشرة العادية في إزالة استقطاب الصور المسقطة، مما يجعلها غير مناسبة لهذا التطبيق.

على الرغم من أن شاشات الكمبيوتر CRT أصبحت قديمة الآن، إلا أنها عانت من الانعكاس بواسطة الغلاف الزجاجي، مما تسبب في وهج من أضواء الغرفة وبالتالي ضعف التباين. تم استخدام العديد من حلول مكافحة الانعكاس لتحسين هذه المشكلة. استخدم أحد الحلول مبدأ انعكاس الضوء المستقطب دائريًا. يسمح مرشح الاستقطاب الدائري أمام الشاشة بنقل (على سبيل المثال) ضوء الغرفة المستقطب دائريًا الأيمن فقط. الآن، يكون اتجاه المجال الكهربائي (والمغناطيسي) للضوء المستقطب دائريًا الأيمن (حسب الاتفاقية المستخدمة ) في اتجاه عقارب الساعة أثناء الانتشار في اتجاه +z. عند الانعكاس، لا يزال المجال له نفس اتجاه الدوران، ولكن الآن يكون الانتشار في اتجاه -z مما يجعل الموجة المنعكسة مستقطبة دائريًا إلى اليسار . مع وضع مرشح الاستقطاب الدائري الأيمن أمام الزجاج العاكس، سيكون الضوء غير المرغوب فيه المنعكس من الزجاج في حالة استقطاب يتم حظرها بواسطة هذا المرشح، مما يقضي على مشكلة الانعكاس. يمكن ملاحظة عكس الاستقطاب الدائري عند الانعكاس وإزالة الانعكاسات بهذه الطريقة بسهولة من خلال النظر في المرآة أثناء ارتداء نظارات الأفلام ثلاثية الأبعاد التي تستخدم الاستقطاب الدائري الأيسر والأيمن في العدستين. عند إغلاق إحدى العينين، سترى العين الأخرى انعكاسًا لا يمكنها رؤية نفسها فيه؛ تظهر هذه العدسة سوداء. ومع ذلك، سيكون للعدسة الأخرى (للعين المغلقة) الاستقطاب الدائري الصحيح مما يسمح للعين المغلقة برؤية العين المفتوحة بسهولة.

إن جميع هوائيات الراديو (والميكروويف) المستخدمة في الإرسال أو الاستقبال مستقطبة بطبيعتها. فهي ترسل (أو تستقبل) إشارات من استقطاب معين، وهي غير حساسة تمامًا للاستقطاب المعاكس؛ وفي بعض الحالات يكون هذا الاستقطاب دالة للاتجاه. إن معظم الهوائيات مستقطبة خطيًا اسميًا، ولكن الاستقطاب الإهليلجي والدائري هو احتمال. وفي حالة الاستقطاب الخطي، يكون نفس النوع من الترشيح الموصوف أعلاه ممكنًا. وفي حالة الاستقطاب الإهليلجي (الاستقطاب الدائري هو في الواقع مجرد نوع من الاستقطاب الإهليلجي حيث يكون طول عاملي المرونة متساويين)، فإن ترشيح زاوية واحدة (مثل 90 درجة) لن يكون له أي تأثير تقريبًا حيث يمكن أن تكون الموجة في أي وقت في أي من 360 درجة.

إن الغالبية العظمى من الهوائيات مستقطبة خطياً. وفي الواقع، يمكن إثبات ذلك من خلال اعتبارات التناظر، حيث أن الهوائي الذي يقع بالكامل في مستوى يشمل أيضاً الراصد، لا يمكن أن يكون استقطابه إلا في اتجاه ذلك المستوى. وينطبق هذا على العديد من الحالات، مما يسمح للمرء باستنتاج استقطاب مثل هذا الهوائي بسهولة في اتجاه الانتشار المقصود. لذا فإن الهوائي النموذجي Yagi أو اللوغاريتم الدوري على سطح المبنى مع موصلات أفقية، كما يُرى من محطة ثانية باتجاه الأفق، يكون بالضرورة مستقطباً أفقياً. ولكن " هوائي سوطي " رأسي أو برج بث AM يستخدم كعنصر هوائي (مرة أخرى، للمراقبين الذين يتم إزاحتهم أفقياً عنه) سينقل في الاستقطاب الرأسي. وبالمثل، ينقل هوائي الباب الدوار بأذرعه الأربعة في المستوى الأفقي إشعاعًا مستقطبًا أفقيًا نحو الأفق. ومع ذلك، عندما يُستخدم نفس هوائي الباب الدوار في "الوضع المحوري" (إلى الأعلى، لنفس الهيكل الموجه أفقيًا) يكون إشعاعه مستقطبًا دائريًا. وعلى الارتفاعات المتوسطة يكون مستقطبًا بيضاويًا.

الاستقطاب مهم في الاتصالات اللاسلكية لأنه، على سبيل المثال، إذا حاول شخص ما استخدام هوائي مستقطب أفقيًا لاستقبال إرسال مستقطب رأسيًا، فسوف تقل قوة الإشارة بشكل كبير (أو في ظل ظروف محكومة للغاية، تنخفض إلى الصفر). يستخدم هذا المبدأ في التلفزيون عبر الأقمار الصناعية من أجل مضاعفة سعة القناة على نطاق تردد ثابت. يمكن استخدام نفس قناة التردد لإشارتين يتم بثهما باستقطابين متعاكسين. من خلال ضبط هوائي الاستقبال لاستقطاب واحد أو الآخر، يمكن اختيار أي من الإشارتين دون تداخل من الآخر.

بسبب وجود الأرض بشكل خاص ، هناك بعض الاختلافات في الانتشار (وأيضًا في الانعكاسات المسؤولة عن ظلال التلفزيون ) بين الاستقطاب الأفقي والرأسي. عادةً ما يستخدم الراديو AM وFM الاستقطاب الرأسي، بينما يستخدم التلفزيون الاستقطاب الأفقي. في الترددات المنخفضة بشكل خاص، يتم تجنب الاستقطاب الأفقي. وذلك لأن طور الموجة المستقطبة أفقيًا ينعكس عند الانعكاس بواسطة الأرض. ستستقبل المحطة البعيدة في الاتجاه الأفقي كل من الموجة المباشرة والمنعكسة، والتي تميل بالتالي إلى إلغاء بعضها البعض. يتم تجنب هذه المشكلة باستخدام الاستقطاب الرأسي. الاستقطاب مهم أيضًا في نقل نبضات الرادار واستقبال انعكاسات الرادار بواسطة نفس الهوائي أو هوائي مختلف. على سبيل المثال، يمكن تجنب التشتت الخلفي لنبضات الرادار بواسطة قطرات المطر باستخدام الاستقطاب الدائري. تمامًا كما يعكس الانعكاس المرآوي للضوء المستقطب دائريًا اتجاه الاستقطاب، كما تمت مناقشته أعلاه، ينطبق نفس المبدأ على التشتت بواسطة أشياء أصغر بكثير من الطول الموجي مثل قطرات المطر. من ناحية أخرى، فإن انعكاس تلك الموجة بواسطة جسم معدني غير منتظم (مثل الطائرة) من شأنه عادة أن يؤدي إلى تغيير في الاستقطاب والاستقبال (الجزئي) للموجة المرتدة بواسطة نفس الهوائي.

إن تأثير الإلكترونات الحرة في الغلاف الأيوني ، بالتزامن مع المجال المغناطيسي للأرض ، يسبب دوران فاراداي ، وهو نوع من الازدواج الدائري للانكسار. هذه هي نفس الآلية التي يمكن أن تدور محور الاستقطاب الخطي بواسطة الإلكترونات في الفضاء بين النجوم كما هو مذكور أدناه. إن حجم دوران فاراداي الناجم عن مثل هذه البلازما مبالغ فيه إلى حد كبير عند الترددات المنخفضة، لذلك عند ترددات الميكروويف الأعلى التي تستخدمها الأقمار الصناعية يكون التأثير ضئيلاً. ومع ذلك، تتأثر عمليات الإرسال ذات الموجات المتوسطة أو القصيرة التي يتم تلقيها بعد الانكسار بواسطة الغلاف الأيوني بشدة. نظرًا لأن مسار الموجة عبر الغلاف الأيوني ومتجه المجال المغناطيسي للأرض على طول هذا المسار غير متوقع إلى حد ما، فإن الموجة المنقولة باستقطاب رأسي (أو أفقي) سيكون لها عمومًا استقطاب ناتج في اتجاه تعسفي عند المستقبل.

العديد من الحيوانات قادرة على إدراك بعض مكونات استقطاب الضوء، على سبيل المثال، الضوء المستقطب أفقيًا خطيًا. يستخدم هذا بشكل عام لأغراض الملاحة، حيث يكون الاستقطاب الخطي لضوء السماء دائمًا عموديًا على اتجاه الشمس. هذه القدرة شائعة جدًا بين الحشرات ، بما في ذلك النحل ، والتي تستخدم هذه المعلومات لتوجيه رقصاتها التواصلية . ^{[38] : 102-103} كما لوحظت حساسية الاستقطاب في أنواع الأخطبوط والحبار والحبار وجمبري السرعوف . ^{[38] : 111-112} في الحالة الأخيرة، يقيس أحد الأنواع جميع المكونات الستة المتعامدة للاستقطاب ، ويُعتقد أنه يتمتع برؤية استقطاب مثالية. [ 39 ^] تتضمن أنماط الجلد سريعة التغير والزاهية الألوان للحبار، المستخدمة في التواصل، أنماط الاستقطاب أيضًا، ومن المعروف أن جمبري السرعوف لديه أنسجة عاكسة انتقائية للاستقطاب. كان يُعتقد أن الحمام هو الذي يشعر باستقطاب السماء ، وكان من المفترض أن يكون هذا أحد مساعداته في تحديد اتجاهه ، لكن تشير الأبحاث إلى أن هذه أسطورة شائعة. ^[40]

العين البشرية المجردة حساسة بشكل ضعيف للاستقطاب، دون الحاجة إلى مرشحات وسيطة. يخلق الضوء المستقطب نمطًا خافتًا جدًا بالقرب من مركز المجال البصري، يُسمى فرشاة هايدنغر . من الصعب جدًا رؤية هذا النمط، ولكن مع الممارسة يمكن للمرء أن يتعلم اكتشاف الضوء المستقطب بالعين المجردة. ^{[38] : 118}

من المعروف أن الإشعاع الكهرومغناطيسي يحمل زخمًا خطيًا معينًا في اتجاه الانتشار. بالإضافة إلى ذلك، يحمل الضوء زخمًا زاويًا معينًا إذا كان مستقطبًا دائريًا (أو جزئيًا). بالمقارنة مع الترددات المنخفضة مثل الموجات الدقيقة، فإن كمية الزخم الزاوي في الضوء ، حتى في حالة الاستقطاب الدائري الخالص، مقارنة بالزخم الخطي لنفس الموجة (أو ضغط الإشعاع ) صغيرة جدًا ويصعب حتى قياسها. ومع ذلك، فقد تم استخدامه في تجربة لتحقيق سرعات تصل إلى 600 مليون دورة في الدقيقة. ^{[41] [42]}

• محاضرة فاينمان عن الاستقطاب
• معرض الصور الرقمية للضوء المستقطب: صور مجهرية تم التقاطها باستخدام تأثيرات الاستقطاب
• MathPages: العلاقة بين دوران الفوتون والاستقطاب
• مجهر الاستقطاب الافتراضي
• زاوية الاستقطاب في أطباق الأقمار الصناعية.
• التعبيرات الجزيئية: العلم والبصريات وأنت — استقطاب الضوء: برنامج تعليمي تفاعلي بلغة جافا
• استقطاب الهوائي
• رسوم متحركة للاستقطابات الخطية والدائرية والإهليلجية على اليوتيوب