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Pour décrire l'état de polarisation de la lumière on va utiliser une notation introduite par Gabriel Stokes : le vecteur de Stokes. Celui-ci est composé de quatre éléments : I, Q, U et V.
Le paramètre I décrit l'intensité de la lumière. L'intensité totale est 
où 
. Le degré de polarisation, décrivant la proportion de la lumière qui est polarisée est donc 
. Si on note 
la polarisation parallèle au plan de référence et 
la composante polarisée perpendiculairement au plan de référence, on a 
.
La polarisation linéaire est décrite par les éléments Q et U. Ils sont définis tels que (cf. figure):
Le degré de polarisation linéaire se mesure alors avec 
. Si on est dans le cas où 
,alors 
.
La polarisation circulaire se mesure avec V. Si V est positif, la polarisation est circulaire droite, si V est négatif, elle est gauche (du point de vue de la source, attention les conventions peuvent varier). Le degré de polarisation circulaire est alors simplement 
.
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Les paramètres de Stokes