如何通俗易懂地理解平面电磁波的极化？—— 看这篇文章就足够了！（多图配合，生动形象）
首先，我们来看看一个最简单的平面波的传播图：
我们可以看到，对于平面波而言，电场和磁场是垂直于传播方向的。当然，我们上面这幅图没有针对特定的坐标系，我们现在把电磁场放到直角坐标系里面，这个坐标系是我们所熟悉的，也更加喜欢这样的表示。
我们把每一个 zz 位置的电场和磁场都表示成两个向量（图中的红色箭头和蓝色箭头）。那么我们可以想象得到：在各种各样的电磁波的传输过程中，这些电场矢量、磁场矢量的幅值、方向都有可能发生变化。
例如我们看上图这个电场（红色箭头），在这种电磁波下，红色矢量（电场矢量），他在半个周期里面相位不变（因为都是竖直朝上的），但是幅度在改变；在后半个周期里面，相位相比前半个周期发生了 180°180° 的变化，同时，幅度变成负的。
这只是某一个特殊的例子，但这个例子却告诉我们：某些形式的电磁波，它们的电场矢量或者是磁场矢量的变化可能会存在某些有趣的规律。
到底是什么规律呢？—— 我们要研究某一样事物变化的规律时，总希望能够找到一种媒介去反应这样的变化。幸运的是，在这里我们找到了：既然是要研究矢量变化规律，那么我们不妨看看这个矢量的末端在 x-yx−y 平面d的投影规律！ 当然，这句话的前提是电磁波沿着 zz 轴传播。
那么，下面我们给出更专业的表述：电磁波的极化研究的是波的电场矢量的指向在空间的变化规律。换句话是就是看电场矢量（上图的红色箭头）的末端随着时间变化的轨迹特性。
那么下面我们看看一些电磁波，红色箭头始终是电场矢量。我们直观看看红色矢量末端在 x-yx−y 投影的轨迹是怎么变化的：
p
我们能够看到，红色矢量末端在后面那个 x-yx−y 平面的投影轨迹就是一条直线！
我们再看一个：
我们又发现：这次电场矢量末端的投影轨迹是一个圆形！
通过上面的初步印象，我们我们引出极化的分类：根据电场矢量末端投影的形状来确定极化的类型。当轨迹是一条直线时，称为直线极化；当轨迹是一个圆形时称为圆极化；当轨迹是椭圆时称为椭圆极化。
OK！总算弄明白啥是极化了，下面我们具体分别来看看线极化、圆极化和椭圆极化的特点和判别方式。
直线极化（特点与判别）
既然我们清楚了电场矢量末端投影是直线的，我们称之为直线极化。那么我们直接看投影平面就好了：
但是看图之前，我们先明确一件事情：我们在刚刚的动图里面所看到的电场：EE ，其实是由 xx 方向的 E_x(z, t)Ex(z,t) 和 yy 方向的 E_y(z, t)Ey(z,t) 合成的。我们设 E_x(z, t)Ex(z,t)，E_y(z, t)Ey(z,t) 分别表示为：E_x(z, t) = E_{xm}cos(ωt - βz + φ_x)\\ \space\\ E_y(z, t) = E_{ym}cos(ωt - βz + φ_y)Ex(z,t)=Exmcos(ωt−βz+φx) Ey(z,t)=Eymcos(ωt−βz+φy)
所以 \bar{E}Eˉ 就可以表示为：\bar{E} = \bar{a_x}E_x(z, t) + \bar{a_y}E_y(z, t)Eˉ=axˉEx(z,t)+ayˉEy(z,t)
OK！下面我们看下面两种情况：E_x(z, t)Ex(z,t) 与 E_y(z, t)Ey(z,t) 同相， 和180°的反向：
通过这幅图，我们大概是知道了：对于直线极化而言，最终的电场矢量的末端就是在某一条直线上来回往复，但是这条直线是固定的，也即是说 \bar{E}Eˉ 的幅值在不断变化，但是 \bar{E}Eˉ 与 xx 轴的夹角却不会改变。
所以直线极化，电场矢量末端的投影轨迹就是一条直线。
我们刚刚只是直观地体会了一下，下面是数学证明：（这部分读者可以选择性地看看）
首先为了简便起见，我们取 z = 0z=0 的平面分析。下面先看看 E_x(z, t)Ex(z,t) 与 E_y(z, t)Ey(z,t) 同相 的情况，即：φ_x = φ_yφx=φy ，那么我们可以假设：φ_x = φ_y = 0φx=φy=0，那么，E_x(z, t)Ex(z,t) 与 E_y(z, t)Ey(z,t) 就可以表示成：E_x(z, t) = E_{xm}cos(ωt)\\ \space\\ E_y(z, t) = E_{ym}cos(ωt)Ex(z,t)=Exmcos(ωt) Ey(z,t)=Eymcos(ωt)
所以：\bar{E}Eˉ 就是他俩的合成：\bar{E} = \bar{a_x}E_{xm}cos(ωt) + \bar{a_y}E_{ym}cos(ωt)Eˉ=axˉExmcos(ωt)+ayˉEymcos(ωt)
下面我们看看 \bar{E}Eˉ 的幅值：|\bar{E}| = \sqrt{(E_{xm} + E_{ym})^2cos^2(ωt)}∣Eˉ∣=(Exm+Eym)2cos2(ωt)
我们从表达式也可以看出，电场矢量的幅值（也即是上文所说的红色矢量的长度）会一直在变化。
下面我们看 \bar{E}Eˉ 的相位：φ = arctan(\frac{E_{ym}cos(ωt)}{E_{xm}cos(ωt)}) = arctan(\frac{E_{ym}}{E_{xm}})φ=arctan(Exmcos(ωt)Eymcos(ωt))=arctan(ExmEym)
我们发现相位是一个定值！
那么，E_x(z, t)Ex(z,t) 与 E_y(z, t)Ey(z,t)反向的情况也是类似，就不再赘述了。
所以刚刚 bb 了那么多，下面我们就简单粗暴地给出判断是不是直线极化的大招 —— 其实刚刚也说过了：两个电场分量： E_x(z, t)Ex(z,t) 与 E_y(z, t)Ey(z,t) 同相或者是相位相差180°时，就是直线极化！
扩展
生活中我们也常见到两种特殊的直线极化——垂直极化和水平极化：
实例：中波广播天线架设与地面垂直，发射垂直极化波。收听者要得到最佳的收听效果，就应将收音机的天线调整到与电场平行的位 置，即与大地垂直。下面就是一个实际的中波广播天线。
圆极化
这次我们先给出判断圆极化的方法：
两个电场分量 E_x(z, t)Ex(z,t) 与 E_y(z, t)Ey(z,t) 的幅值相同，即 E_{xm} = E_{ym}Exm=Eym
两个电场分量 E_x(z, t)Ex(z,t) 与 E_y(z, t)Ey(z,t) 相位相差 ±90°
在大家掌握了直线极化的数学推导之后，其实圆极化可以直接秒杀了。我们还是一样的办法：
假设在 z = 0z=0 平面上。并且令 φ_x = φ_x ± 90°φx=φx±90°
然后我们就表示 \bar{E}Eˉ ，分别计算它的幅值和相位。
然后我们就发现，它的相位是变化的，但是幅度是一直保持不变的。所以轨迹就是一个圆啦。
圆极化的方向——左旋极化 or 右旋极化
下面给大家支一招：
假设电磁场沿着 zz 轴正方向传播。
【第一步】：我们就看 E_x(z, t)Ex(z,t) 与 E_y(z, t)Ey(z,t) 的相角 φ_x, φ_yφx,φy
【第二步】：如果 φ_x> φ_yφx>φy，那么我们就说：xx 分量超前 yy 分量。
【第三步】：下面我们让大拇指先指向电磁波前进的方向（这里是 zz 轴正方向），然后四指从超前的分量（此处是 xx 分量）转向滞后的分量 （此处就是 yy 分量）。
【第四步】：此时我们看看自己用的是哪知手，用的是右手的话就是右旋极化；用的是左手的话就是左旋极化
椭圆极化
相信大家看到这儿，已经对极化有了一个较为详细的认识了。那么我们最后介绍的一种，也是最一般的情况，就是椭圆极化。顾名思义，就是电场矢量末端的轨迹是一个椭圆。下面说一下判断标准：
只要 E_x(z, t)Ex(z,t) 与 E_y(z, t)Ey(z,t) 的相位和幅值是任意的，就是椭圆极化。
对于椭圆极化，也分成右旋椭圆极化和左旋椭圆极化。判断方法和上述的一模一样。
OK！最后我们就一睹三种极化的全面貌吧！