实验原理
自然光与偏振光
一般光源发出的光是由大量的原子或分子辐射形成的。单个原子或分子每次辐射发光是线偏振光。但每个原子或分子每次发光时刻、振动初位相和振动方向具有的随机性，使大量的原子或分子辐射的光在各个方向的振动的概率是相同的，在宏观上极短而微观上足够长的时间内，各个方向的光矢量的时间平均值相等，对外不呈现偏振性，这种光称为自然光。
自然光演示
如果在光的传播过程中，光矢量的振动方向保持在某一确定方向的光称为线偏振光
线偏振光演示
若光矢量随时间作有规则的变化，光矢量的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆，则分别称为圆偏振光或椭圆偏振光
圆偏振光和椭圆偏振光光矢合成
设沿同一方向传播的频率相同的振动方向相互垂直的并具有固定相位差Δφ的两线偏振光的振动分别沿x和y轴,其两振动方程可分别表示为
合振动方程为
该式说明，一般情况下合振动的轨迹在垂直于传播面内呈椭圆偏振光。
当Δφ=kπ (k＝0，±1，±2，…)时有，
合振动矢量始终在同一方向作简谐振动，合成结果是线偏振光。
当Δφ= (2k+1)π/2 (k＝0，±1，±2，…)时有
合成结果是椭圆偏振光。若Ax =Ay ，则合矢量端点的轨迹为圆。
同理，线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光都可以分解成两个振动方向互相垂直的具有相同的传播方向和频率以及对应有确定的相位关系的线偏振光。
在发光过程中有些光矢量在某一个方向上出现的概率大于其他方向，这样的光称为部分偏振光
将自然光变成偏振光的器件称起偏器，用来检验偏振光的器件称检偏器。检偏器可以作起偏器用，起偏器也可以作为检偏器用。
某些二向色性晶体(如硫酸碘奎宁、硫酸金鸡钠碱、电气石等)对两个互相垂直的光矢量振动具有不同的吸收本领，称为二向色性晶体。当入射光的振动方向与晶体的光轴垂直时，光被吸收而不能透过；当振动方向与晶体光轴平行时，光很少被吸收而能透过晶体，利用二向色性晶体晶体的特性可以制成偏振片。
自然光通过偏振片变成偏振光
若在偏振片P1后面再放一偏振片P2，P2就可以检验经Pl后的光是否为偏振光，即P2起了检偏器的作用。当起偏器P1和检偏器P2的偏振化方向（透光轴）之间的夹角为f，则通过检偏器P2的偏振光强度满足马吕斯定律
式中I0为通过起偏器P1的透射光的光强。
自然光通过起偏器和检偏器后的光强变化满足马吕斯定律
双折射晶体与寻常光和非常光
某些单轴晶体(如方解石、冰洲石等) 或各向异性材料具有双折射现象。这类晶体和各向异性材料中存在这样一个方向，沿着这方向传播的光不发生双折射，该方向称为光轴。沿其他方向射人晶体的光，分为两束完全偏振光，其中一束光的振动垂直于传播方向和晶体光轴方向所决定的平面(主平面)，称为寻常光(o光)；另一束光的振动在主平面内，称为非常光(e光)
光通过单轴晶体分成o光和e光
垂直于光轴的振动进入晶体片后成为ο光；平行于光轴的振动进入晶体片后成为e光。o光和e光沿相同的方向传播，但传播速度不同，因而会产生相位差。
在负晶体(如方解石)中，e光比o光速度快，而在正晶体 (如石英)中，o光比e光速度快。因此经过厚度为d的晶体片后，o光和e光之间产生的光程差
由上两式可知，经过晶体片以后，o光、e光合成的振动将随相位差的不同而具有不同的偏振方式。在偏振技术中，常将这种能使互相垂直的光振动产生一定相位差的晶体片叫做波片。对于波长为λ的单色光，凡是厚度满足能使o光和e光之间产生δ=±π/4 的光程差，即Dj=±p/2 的相位差的波片称为1/4波片。
由于o光和e光的振幅Aο和Ae是θ的函数，所以，线偏振光通过1/4波片后的偏振状态随偏振光的振动方向与波片光轴的夹角θ的不同而不同：
θ= 0，Ao= 0，产生振动方向平行于波片光轴的线偏振光；
θ=±90°，Ae= 0产生振动方向垂直于波片光轴的线偏振光，
θ=±45°时，Ae =Aο,产生圆偏振光；
θ为其他值时，产生椭圆偏振光。
偏振状态和光强
用检偏器检验偏振光时，透射光的强度随检偏器的偏振化方向而变。
在两个偏振片P1和P2之间插入1/4波片，三元件的平面彼此平行，单色自然光垂直通过起偏器P1 变成振幅为A1的线偏振光E1。
点击图下的波片角度，观看1/4波片与起偏器呈不同夹角时光强的变化情况
当1/4波片的光轴（e轴）与起偏器P1的透光轴间的夹角为θ时，垂直入射到1/4波片的线偏振光E1分解为e光E1e和o光Elo，其光振动的振幅分别为
,
合成振动的振幅为
透过偏振片P2后光强为
I2 = I1（cos2θcos2 f +sin2θsin2 f ）
θ= 0时，I2 = I1 cos2f，为线偏振光；
θ= 45°时，I2 = I1，为圆偏振光；
θ= 60°时，I2 = I1 （1/4 +1/2·sin2f），为椭圆偏振光
图中的曲线分别表示了θ= 0，θ= 45°和θ= 60°时偏振相对光强分布情况。