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カテゴリ 物理学

偏光（へんこう、英: polarization）は、電場および磁場の振動方向が規則的な光のこと。これに対して、無規則に振動している光は、非偏光あるいは自然光と呼ぶ。一部の結晶や光学フィルターを通すことによって、自然光から偏光を得ることができる。電波における同様の現象は偏波（へんぱ）と呼び、アンテナの形状などと関係する。
種類直線偏光と円偏光のアニメーション。円偏光は、直交する2つの直線偏光を合成したものと考えることができる。

光は電磁波であり、光が発生させる電磁場は、進行方向と垂直に振動する横波である。横波の自由度は2であるため、光が発生させる電磁場は、面内を振動するベクトル波となる。このことはマクスウェルの方程式を解くことにより得られる。偏光には次のような種類がある。
直線偏光

電場（および磁場）の振動方向が一定である。歴史的経緯から、もともと直線偏光の方向とは磁場の方向を指していた。光の正体が電磁場であることが分かってからは、電場の方向を直線偏光の方向ということも多くなった。直線偏光の方向というのはあいまいな用語なので使用せずに、例えば電場の振動方向という表現で特定することが推奨されている。
円偏光

電場（および磁場）の振動が伝播に伴って円を描く。回転方向によって、右円偏光と左円偏光がある。角運動量を持つ。
楕円偏光

直線偏光と円偏光の一次結合で表現される、最も一般的な偏光状態。電場（および磁場）の振動が時間に関して楕円を描く。円偏光と同様に、右楕円偏光と左楕円偏光がある。位相のずれた2つの直線偏光の和と見なしたり、逆にUHFなどの適度な波長の電波などは設置角度の異なる隣接した2つのアンテナから位相のずれた2種類の偏波を同時に送信するなどして（楕）円偏波を合成することも出来る。楕円偏光を垂直な2種類の偏光に分解した時、その2種類の光の強さが等しいものは円偏光である。Linear polarization diagram直線偏光Circular polarization diagram円偏光Elliptical polarization diagram楕円偏光
偏光を作り出す光学素子
偏光子偏光子
左側：偏光していない自然光。
中央：偏光子が電場の水平方向成分を吸収する。
右側：垂直方向成分のみを持った直線偏光が得られる。

自然光（非偏光）や円偏光から直線偏光を作り出すものを、偏光子（へんこうし）と呼ぶ。
吸収型偏光子
ある方位の電場を吸収し、それに垂直な方位の電場を透過することにより直線偏光を作り出すもの。鉱物では電気石（トルマリン）など。人工の物としてはポラロイド社などのポリマーで作られたフィルム偏光子がある。これは廉価である。一般的にセロハンテープなどのように1方向に引き伸ばされて作られる高分子には偏光特性がある。
結晶
方解石などの複屈折性の結晶を利用したもの。古くから用いられている。これは高価である。
反射式偏光子
反射面に対し角度を持って反射した光が部分的に偏光することを利用し、多段階の反射を用いて直線偏光を作り出すものである。反射光が一般に偏極するということはフレネルの式で記述される。
波長板

直交する偏光成分の間に位相差を生じさせる複屈折素子のことである。位相板とも呼ばれる。位相差π（180度）を生じるものをλ/2板（にぶんのラムダばん）または半波長板と呼び、直線偏光の偏光方向を変えるために用いる。位相差π/2（90度）を生じるものをλ/4板（よんぶんのラムダばん、しぶんのラムダばん）または四分の一波長板と呼び、直線偏光を円偏光（楕円偏光）に変換、また逆に円偏光（楕円偏光）を直線偏光に変換するために用いる。これらは光を吸収せず、位相のみを変える。
プラスチックフィルム
ポラロイド社などからプラスチックの薄い板を用いた波長板が市販されている。廉価であり、波長特性も可視光全域でほぼ一定になるように作られている。
結晶
水晶や雲母などの結晶を用いて位相を変える素子。素子の厚さによって特性が決まり、用いる光の波長によって特性が異なるため代表的なレーザー波長に対して専用の素子が市販されている。
反射式
菱形プリズム内の全反射を利用した光学素子フレネルロムのような波長板も存在する。波長特性はプラスチックフィルムよりも良いが高価である。
物性としての偏光

物質の一部には、偏光を入射すると透過した光の偏光面が右ないし左によじれる性質を持つ物がある。