thumb|Animación de un Filtro Polarizador en frente de un Monitor LCD thumb|Filtro Polarizador para a Objetivo de una Cámara fotográfica
Un filtro polarizador o polarizador es un filtro óptico formado por un material que transmite de forma selectiva una determinada dirección de oscilación del campo eléctrico de una onda electromagnética como la luz, bloqueando el resto de "planos de polarización".Torres-Zúñiga, V., Castañeda-Guzmán, R., Pérez-Ruiz, S., Morales-Saavedra, O., & Zepahua-Camacho, M. (2008). Optical absorption photoacoustic measurements for determination of molecular symmetries in a dichroic organic-film Optics Express, 16 (25) DOI: 10.1364/OE.16.020724 Por lo general se trata de una película polimérica a base de yodo estirada y emparedada entre dos vidrios.T. Miyazaki, S. Katayama, E. Funai, Y. Tsuji, amd S. Sakurai, “Role of adsorbed iodine into poly(vinyl alcohol) films drawn in KI/I2 solution,” Polymer 46 7436 – 7442 (2005).
Principio de funcionamiento thumb|left|Polarización electromagnética por absorción selectiva. La luz es una radiación electromagnética transversal, es decir, la oscilación del campo electromagnético es perpendicular a su propagación. En general, fuentes luminosas convencionales, como el Sol, emiten luz con campos eléctricos en cualquier dirección a la dirección de propagación (pero siempre perpendicular a ésta). Pero por diferentes mecanismos físicos se puede filtrar una sola dirección de oscilación, en este estado la luz está polarizada.
Entonces, la luz polarizada es aquella que tiene una determinada dirección de oscilación. Hay tres tipos de luz polarizada: lineal, circular y elíptica. Podemos imaginar que el filtro polarizador es como una rejilla que permite únicamente el paso de la luz que oscila en el plano paralelo al vector normal a la superficie de la reja. La luz transmitida al otro lado del polarizador se considera luz polarizada. En realidad el filtro polarizador comercial consiste en una cadena de polímero estirada al límite, de modo que las moléculas actúan como una rejilla que absorbe fuertemente una componente polarizada de luz y es muy transparente a la otra componente, como describe la Ley de Malus.
Polarizadores lineales Los polarizadores lineales pueden dividirse en dos categorías generales: los polarizadores de absorción, en los que los estados de polarización no deseados son absorbidos por el dispositivo, y los polarizadores de división del haz, en los que el haz no polarizado se divide en dos haces con estados de polarización opuestos. Los polarizadores que mantienen los mismos ejes de polarización con diferentes ángulos de incidencia suelen llamarse polarizadores cartesianos, ya que los vectores de polarización pueden describirse con un simple coordenadas cartesianas (por ejemplo, horizontal vs. vertical) independientemente de la orientación de la superficie del polarizador. Cuando los dos estados de polarización son relativos a la dirección de una superficie (normalmente se encuentran con la reflexión de Fresnel), se suelen denominar s y p. Esta distinción entre la polarización cartesiana y la polarización s - p puede ser insignificante en muchos casos, pero llega a ser significativa para lograr un alto contraste y con amplias dispersiones angulares de la luz incidente.
Polarizadores absorbentes Ciertos cristales, debido a los efectos descritos por la óptica de cristales, presentan dicroísmo, absorción preferente de la luz que se polariza en determinadas direcciones. Por tanto, pueden utilizarse como polarizadores lineales. El cristal más conocido de este tipo es la turmalina. Sin embargo, este cristal rara vez se utiliza como polarizador, ya que el efecto dicroico depende en gran medida de la longitud de onda y el cristal aparece coloreado. La herapatita también es dicroica, y no está fuertemente coloreada, pero es difícil de cultivar en cristales grandes.
Un filtro polarizador Polaroid funciona de forma similar a escala atómica al polarizador de rejilla. Originalmente estaba hecho de cristales microscópicos de herapatita. Su forma actual de hoja H está hecha de plástico alcohol polivinílico (PVA) con un dopaje de yodo. El estiramiento de la lámina durante la fabricación hace que las cadenas de PVA se alineen en una dirección determinada. Los electrones de valencia del dopante de yodo son capaces de moverse linealmente a lo largo de las cadenas de polímero, pero no transversalmente a ellas. Por tanto, la luz incidente polarizada en paralelo a las cadenas es absorbida por la lámina; la luz polarizada en perpendicular a las cadenas es transmitida. La durabilidad y practicidad del Polaroid hace que sea el tipo de polarizador más utilizado, por ejemplo para gafas de sol, filtro fotográfico y pantalla de cristal líquido. También es mucho más barato que otros tipos de polarizadores.
Un tipo moderno de polarizador absorbente está hecho de nanopartículas de plata alargadas incrustadas en finas placas de vidrio (≤0,5 mm). Estos polarizadores son más duraderos y pueden polarizar la luz mucho mejor que la película Polaroid de plástico, logrando ratios de polarización tan altos como 100.000:1 y una absorción de la luz correctamente polarizada tan baja como el 1,5%. Este tipo de polarizadores de vidrio funcionan mejor para la luz infrarroja de longitud de onda corta, y se utilizan ampliamente en comunicaciones por fibra óptica.
Polarizadores divisores de haz Los polarizadores divisores de haz dividen el haz incidente en dos haces de diferente polarización lineal. Para un divisor de haz polarizado ideal, éstos estarían totalmente polarizados, con polarizaciones ortogonales. Sin embargo, en muchos polarizadores divisores de haz comunes, sólo uno de los dos haces de salida está totalmente polarizado. El otro contiene una mezcla de estados de polarización.
A diferencia de los polarizadores absorbentes, los polarizadores divisores de haz no necesitan absorber y disipar la energía del estado de polarización rechazado, por lo que son más adecuados para su uso con haces de alta intensidad, como la luz láser. Los divisores de haz de polarización real también son útiles cuando los dos componentes de polarización deben ser analizados o utilizados simultáneamente.
Polarización por reflexión de Fresnel
Cuando la luz se refleja (por reflexión de Fresnel) en un ángulo desde una interfaz entre dos materiales transparentes, la reflectividad es diferente para la luz polarizada en el plano de incidencia y la luz polarizada perpendicularmente a él. La luz polarizada en el plano se dice que es polarizada p, mientras que la polarizada perpendicularmente es polarizada s. En un ángulo especial conocido como ángulo de Brewster, ninguna luz polarizada p se refleja desde la superficie, por lo que toda la luz reflejada debe ser polarizada s, con un campo eléctrico perpendicular al plano de incidencia.
Se puede fabricar un polarizador lineal simple inclinando una pila de placas de vidrio en el ángulo de Brewster con respecto al rayo. Una parte de la luz polarizada en s se refleja en cada superficie de cada placa. Para una pila de placas, cada reflexión agota el haz incidente de luz polarizada s, dejando una mayor fracción de luz polarizada p en el haz transmitido en cada etapa. Para la luz visible en aire y un vidrio típico, el ángulo de Brewster es unos 57°, y aproximadamente el 16% de la luz polarizada s del haz es reflejada en cada transición aire-vidrio o vidrio-aire. Se requiere de muchas placas para conseguir aun una polarización mediocre del haz transmitido utilizando este método. Para una pila de 10 placas (20 reflecciones), un 3% (= (1 − 0.16)20) de la luz polarizada s es transmitida. El haz reflejado, si bien plenamente polarizado, se disemina y puede no ser muy útil.
Se puede obtener un haz polarizado más útil inclinando la pila de placas en un ángulo más pronunciado con respecto al haz incidente. Contrariamente a la intuición, el uso de ángulos incidentes mayores que el ángulo de Brewster produce un mayor grado de polarización del haz "transmitido", a expensas de una transmisión global reducida. Para ángulos de incidencia superiores a 80°, la polarización del haz transmitido puede acercarse al 100 % con tan solo cuatro placas, aunque la intensidad transmitida es muy baja en este caso.Collett, Edward. Field Guide to Polarization, SPIE Field Guides vol. FG05, SPIE (2005) . Si se agregan más placas y se reduce el ángulo se obtiene un mejor compromiso entre transmisión y el grado de polarización que se consigue.
Debido a que sus vectores de polarización dependen del ángulo de incidencia, los polarizadores basados en la reflexión de Fresnel tienden intrínsecamente a producir una polarización s - p en lugar de una polarización cartesiana, lo que limita su uso en algunas aplicaciones.
Polarizadores birrefringentes
Otros polarizadores lineales explotan las propiedades de birefringente de cristales como el cuarzo y la calcita. En estos cristales, un haz de luz no polarizada que incide en su superficie se divide por refracción en dos rayos. La ley de Snell es válida para ambos rayos, el "ordinario" o "o", y el "extraordinario" o "e", y cada uno de ellos tiene un índice de refracción diferente (lo que se denomina doble refracción). En general, los dos rayos estarán en diferentes estados de polarización, aunque no en estados de polarización lineal, excepto para ciertas direcciones de propagación relativas al eje del cristal. derecha|thumb|250px|Un prisma de Nicol. Un prisma de Nicol fue un primer tipo de polarizador birrefringente, que consiste en un cristal de calcita que ha sido dividido y unido de nuevo con bálsamo de Canadá. El cristal está cortado de tal manera que los rayos o y e están en estados de polarización lineal ortogonales. La reflexión total interna del rayo "o" se produce en la interfaz del bálsamo, ya que el índice de refracción de la calcita es mayor que el del bálsamo, y el rayo se desvía hacia el lado del cristal. El rayo e, que ve un índice de refracción menor en la calcita, se transmite a través de la interfase sin desviarse. Los prismas de Nicol producen una luz polarizada de gran pureza, y fueron muy utilizados en microscopía, aunque en el uso moderno han sido sustituidos en su mayoría por alternativas como el prisma de Glan-Thompson, el prisma de Glan-Foucault y el prisma de Glan-Taylor. Estos prismas no son verdaderos divisores de haz polarizantes, ya que sólo el haz transmitido está totalmente polarizado. thumb|right|Un prisma de Wollaston. Un prisma de Wollaston es otro polarizador birrefringente que consiste en dos prismas triangulares de calcita con ejes cristalinos ortogonales que están cementados. En la interfaz interna, un rayo no polarizado se divide en dos rayos polarizados linealmente que salen del prisma con un ángulo de divergencia de 15°-45°. Los prismas Rochon y Sénarmont son similares, pero utilizan diferentes orientaciones de los ejes ópticos en los dos prismas. El prisma de Sénarmont está espaciado por el aire, a diferencia de los prismas de Wollaston y Rochon. Estos prismas realmente dividen el haz en dos haces totalmente polarizados con polarizaciones perpendiculares. El prisma Nomarski es una variante del prisma de Wollaston, que se utiliza ampliamente en la microscopía de contraste de interferencia diferencial.
Polarizadores de película delgada