Phân cực của ánh sáng được xác định bởi tiến trình theo thời gian phương véc tơ điện trường E r t ( ),
. Đối với sóng đơn sắc, ba thành phần của
( ),
E r t
thay đổi dạng hàm sin theo thời gian với biên độ, pha nói chung khác nhau, do đó, tại mỗi điểm r điểm cuối của véc tơ E r t ( ),
mặt phẳng và vẽ nên một ellip, như trong hình 2.1(a). Mặt phẳng, phương và dạng của ellip nói chung thay đổi theo vị trí [4].
Tuy nhiên, trong quang học cận trục, ánh sáng truyền theo các phương nằm trong một hình nón nhỏ quanh quang trục (trục truyền lan z). Các sóng ánh sáng này gần đúng điện trường ngang (transferse electromagnetic-TEM) và véc tơ điện trường gần như nằm trong mặt phẳng ngang (mặt phẳng x-y), như trong hình 2.1(b). Trong trường hợp môi trường đẳng hướng, ellip phân cực hầu như không đổi tại mọi vị trí, như trong hình 2.1(b). Ta nói sóng này phân cực ellip.
Phương và dạng của ellip sẽ xác định trạng thái phân cực của sóng quang học, trong khi đó, kích thước của ellip sẽ được xác định bởi cường độ chùm ánh sáng. Khi ellip suy biến thành đường thẳng hoặc đường tròn, tương ứng ta nói sóng phân cực thẳng hoặc phân cực tròn.
Hình 2.1. Tiến trình theo thời gian của véc tơ điện trường tại một số vị trí: (a) sóng bấy kỳ; (b) sóng cận trục hay sóng phẳng truyền theo phương z.
Giả thiết một sóng phẳng đơn sắc, tần số ν , truyền làn theo phương z
với vận tốc c. Điện trường trong mặt phẳng x - y, nói chung, có thể biểu diễn dưới dạng hàm sau [ 13] ( , ) Re exp 2 z E z t A j t c πν = − ÷ (2.1.1) trong đó, đường bao phức có dạng
ˆ ˆ
x y
là véc tơ của các thành phần Ax và Ay. Để biểu diễn phân cực của sóng, chúng ta vẽ quỹ đạo của điểm cuối của véc tơ E z t( , ) tại mọi vị trí z, theo thời gian.