Polarizācija ir viļņu optikas parādība, kas raksturo elektriskā lauka svārstību virzienu elektromagnētiskā vilnī. Izšķir nepolarizētu gaismu, kurā svārstību virziens haotiski mainās, un polarizētu gaismu, kurā svārstībām ir kāds dominējošs virziens; polarizētas gaismas apakšveidi ir lineāra, cirkulāra un eliptiska polarizācija. Elektromagnētiskā starojuma polarizācija var mainīties viļņa izplatīšanās, lūšanas, atstarošanās vai izkliedes parādību laikā. Izpratnei un kontrolei pār starojuma polarizāciju ir liela nozīme tehnoloģijās, zinātnē un ikdienas pielietojumos.

Gaismas polarizāciju skaidro, pamatojoties uz gaismas viļņu dabu. Elektromagnētiskie viļņi, tātad arī gaisma, ir šķērsviļņi. Tas nozīmē, ka saistītās elektriskā lauka intensitātes un magnētiskā lauka indukcijas vektoru svārstības notiek perpendikulāri viļņa izplatīšanās virzienam. Viļņa izplatīšanās ātruma un elektriskā lauka intensitātes vektori telpā iezīmē gaismas svārstību plakni.

Izšķir vairākus gaismas polarizācijas veidus. Gaismu, kurā visi elektriskā lauka svārstību virzieni ir vienlīdz varbūtīgi, sauc par dabisku jeb nepolarizētu gaismu. Laikā haotiski mainīgs starojums rodas liela skaita atomu vai molekulu nekorelētas emisijas rezultātā. Daļēji polarizētas gaismas gadījumā svārstības kādā virzienā ir pavājinātas. Pilnīgi lineāri polarizētā vilnī elektriskā lauka svārstības notiek tikai vienā noteiktā plaknē. Speciālgadījumu veido kombinācija no diviem savstarpēji perpendikulāriem lineāri polarizētiem viļņiem, kuriem ir vienādas svārstību amplitūdas un kuru fāzu starpība ir 90°. Šāda viļņa elektriskā lauka intensitātes vektora galapunkts rotēs ap viļņa izplatīšanās virzienu, savā trajektorijā iezīmējot riņķa līniju, tādēļ to dēvē par cirkulāri polarizētu gaismu. Ja, vienmērīgi rotējot, vekora galapunkts telpā apraksta elipsi, gaisma ir eliptiski polarizēta. Gan cirkulāri, gan eliptiski polarizētās gaismas gadījumā atkarībā no vektora rotācijas virziena sīkāk izdala “kreiso” un “labo” polarizāciju.

Gaismu var raksturot ar vairākiem parametriem – spožumu, krāsu un polarizāciju. Dabā sastopamie gaismas avoti, piemēram, Saule, uguns liesma un citi, izstaro nepolarizētu gaismu, taču ir vairāki veidi, kādos izplatīšanās laikā tā var daļēji vai pilnīgi polarizēties. Tā rezultātā gaismas polarizācija var kalpot kā papildu informācijas avots par apkārtējo vidi. Cilvēks ar neapbruņotu aci uztvert gaismas polarizāciju nevar, taču dabā mīt daudzas kukaiņu, vēžveidīgo, putnu un citu dzīvnieku sugas, kas to spēj un izmanto, lai orientētos apkārtnē, sazinātos vai atrastu medījumu.

Viena no dabā sastopamām parādībām, kurā starojums maina savu polarizāciju, ir gaismas atstarošanās vai lūšana, tai krītot uz robežvirsmu, kas atdala divas dielektriskais vides ar atšķirīgām gaismas laušanas koeficienta vērtībām. Katram dielektrisku materiālu pārim ir noteikts krišanas leņķis α_B (Brūstera leņķis), pie kura atstarotā gaisma būs pilnīgi polarizēta. Gludas, nemetāliskas virsmas, piemēram, ūdens vai stikls, efektīvi rada polarizētus atstarojumus, un atspīduma selektīvai bloķēšanai cilvēki izmanto saulesbrilles ar polarizētām lēcām (1. attēls).

Dabā eksistē minerāli, kuros novēro gaismas dubultlaušanu – ieejošā nepolarizētā starojuma sadalīšanos divos lineāras polarizācijas staros. To novēro anizotropos kristālos, kuros gaismas izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no izplatīšanās virziena. Pirmo reizi tas tika aprakstīts kalcīta (CaCO₃) jeb Islandes špata kristālos (2., 3. attēls).

Dihroiskos materiālos novēro selektīvu vienas polarizācijas komponentes absorbciju. Ikdienā plaši izmantoto polaroīda plēvi, kas ir viens no vienkāršākajiem variantiem krītošas nepolarizētas gaismas pārveidošanai lineāri polarizētā gaismā. Parādību, kurā atšķirīgi tiek absorbētas pa labi un pa kreisi cirkulāri polarizētas gaismas komponentes, sauc par cirkulāro dihroismu. Polarizatoru – optisku ierīču lineāri polarizētas gaismas iegūšanai – darbības pamatā var būt gan Brūstera likums, gan gaismas dubultlaušanas un dihroisma parādības.

Lineāri polarizētai gaismai izplatoties optiski aktīvos materiālos, ir iespējams novērot svārstību plaknes pagriešanos par noteiktu leņķi. Optiskās aktivitātes cēlonis ir molekulu asimetriskais izvietojums tādās vielās, kā, piemēram, kvarcā, terpentīnā, cukura šķīdumā un citās. Gaismas polarizācijas plaknes pagriešana vielā var notikt arī ārēja magnētiskā lauka ietekmē (Faradeja efekts). Vēsturiski tas bija viens no pirmajiem atklājumiem, kas liecināja par gaismas un elektromagnētisko parādību savstarpējo saistību.

Elektromagnētiskais starojums ir svarīgs informācijas avots par apkārtējo vidi, un tam ir būtiska loma dabā notiekošajos procesos. Tā kā polarizācija ir viens no starojuma raksturlielumiem, tai ir liela nozīme pētniecībā, mūsdienu tehnoloģijās un ikdienas pielietojumos.

Polarizācijas efekti tiek pētīti daudzās zinātnes nozarēs. Polarizācijas spektroskopijas metodēs tiek analizēta elektromagnētiskā starojuma polarizācija, lai raksturotu pētāmās vielas elektronisko struktūru. Cirkulārā dihroisma spektroskopiju izmanto ķīmisku savienojumu identificēšanā. Elipsometrija ir optiska cietvielu struktūras un optisko īpašību pētīšanas metode, kurā tiek mērītas gaismas polarizācijas izmaiņas, tai atstarojoties vai izejot cauri plāniem materiāla slāņiem. Polarizētās gaismas mikroskopija ietver optiskās mikroskopijas metožu klāstu, kurās tiek izmantota polarizēta gaisma. Vēsturiski polarizētās gaismas mikroskopi ir bijuši nozīmīgi ģeoloģijā un kristalogrāfijā, taču mūsdienās aktuāli pielietojumi ir arī šūnu arhitektūras un molekulāru struktūru pētījumos. Biomedicīniskos un klīniskos pētījumos polarizācijas attēlveidošanas metodes izmanto audu analīzei un ļaundabīgu audzēju diagnostikai. Astronomijā starojuma polarizācijas mērījumus veic, lai iegūtu papildu informāciju par starpzvaigžņu vides putekļiem vai dažādu objektu radītajiem magnētiskajiem laukiem.

Starojuma polarizācijas mērījumi, interpretācija un kontrole ir aktuāla ne tikai fundamentālā pētniecībā, bet arī inženierijā, tehnoloģijās un ikdienas pielietojumos. Optiski izotropos ķermeņos, ja tos deformē, var veidoties optiskā anizotropija jeb fotoelastība, ko izmanto materiālu testēšanā un mehānisko īpašību raksturošanā. Starojuma atstarošanās rezultātā mainās tā polarizācija, kā rezultātā to var izmantot kā papildu informācijas dimensiju dažādos pielietojumos, kas saistīti ar reljefa kartēšanu un dažādu objektu attālinātu izpēti. Polarizācijas efekti ir jāņem vērā, veidojot optisko šķiedru un bezvadu komunikācijas sistēmas, un tos izmanto arī šķidro kristālu displeju un trīsdimensiju kino tehnoloģijās. Elementus, kas ir jutīgi pret polarizētu gaismu, var iestrādāt banknotēs, pasēs un citos dokumentus, lai uzlabotu to aizsardzību pret viltošanu. Vienkāršus polarizācijas filtrus atstarotās gaismas atspīduma samazināšanai izmanto fotografēšanā un saulesbrillēs.