偏振光模式与偏振光滤镜

对偏振光的认识，开始于3D偏振电影，其原理很容易理解“左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同，这样，银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了。” 所以，对于偏振光成像，一直以为应用场景就是sensor经过偏振片之后，接收特定矢量方向的偏振光源，而生成理想的图像。

近期看到皮肤检测仪中也有偏振光模式，至于为何能投射到真皮层尚未可知，但是可以明显对比一般模式下照射的皮肤，很容易被皮肤上的水和油脂所产生的高亮面而误导判断结果，而转用偏振光模式后，可以很清晰地看到清爽的皮肤纹理。一直以为这个偏振光模式中，在sensor前面加了偏振片，是为了接收特定的偏振光源，滤掉其他振幅方向上的光，这样就不会产生强反射面而清晰成像，没想到自己的理解貌似是错误的，源于看到下面一个博友的分析。

“光在其前进方向一边垂直振动一边前进，但是如果平均看，无论是哪个方向，都是以相同强度边振动边前进的话，那么这个光称为自然光或非偏振光。自然光在物体表面反射后，该反射光的振动强度将发生部分变化，发生变化的部分称为部分偏振光。但是，当光以某个角度入射透明物体时，其反射只有含前进的、一个面振动的光。这种状态的光称为完全偏振光，即直线偏振光或平面偏振光。另外，虽说光在前进中经常发生部分偏振光，但是照片拍摄中遇到的是直线偏振光的情况。例如，在观看橱窗时，我们经常遇到橱窗外面的风景反射出来，或者发光，看不清橱窗内的陈列。这是因为橱窗表面的直线偏振光太亮，内部的反射光较弱的缘故，这时如果用偏振光滤光片过滤掉反射光的话，则可以利用内部的反射光进行拍摄，结果可以清晰地拍摄橱窗内的陈列。”[转自：http://bbs.zol.com.cn/dcbbs/d395_282.html]

竟然产生强反射的是偏振光。现实生活的成像中过多的是需要把这种偏振光滤掉，而非接收。

如下述几种应用：

偏振眼镜（驾驶&钓鱼等场景）

在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。

汽车车灯和前驾驶窗玻璃

汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。

摄像机镜头

自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，而且入射角变化时，偏振的程度也有变化。在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于反射光波的干扰而引起的。如果在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜片，让它的透振方向与反射光的透振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰。

补充一些基本概念：

自然光

光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。

完全偏振光

（a）线偏振光

光矢量端点的轨迹为直线，即光矢量只沿着一个确定的方向振动，其大小随相位变化、方向不变，称为线偏振光。

（b）椭圆偏振光

光矢量端点的轨迹为一椭圆，即光矢量不断旋转，其大小、方向随时间有规律的变化。

（c）圆偏振光

光矢量端点的轨迹为一圆，即光矢量不断旋转，其大小不变，但方向随时间有规律地变化。

部分偏振光

在垂直于光传播方向的平面上，含有各种振动方向的光矢量，但光振动在某一方向更显著，不难看出，部分偏振光是自然光和完全偏振光的叠加。

产生机理

通过反射、多次折射、双折射和选择性吸收的方法可以获得平面偏振光。可采用具有选择吸收的偏振片产生平面偏振光。
偏振片是用人工方法制成的薄膜，是用特殊方法使选择性吸收很强的微粒晶体在透明胶层中作有规则排列而制成的，它允许透过某一电矢量振动方向的光（此方向称为偏振化方向），而吸收与其垂直振动的光，即具有二向色性. 因此自然光通过偏振片后，透射光基本上成为平面偏振光。由于偏振片易于制作，所以它是普遍使用的偏振器。