本文由「Light科普坊」出品

撰稿：王晓杰（南开大学物理科学学院，南开大学物理科普基地）

审稿专家：高辉（华中科技大学）

作为上班族，驾车是我们常用的出行方式。白天，太阳光强烈，很多人会选择用遮阳板去遮挡阳光，不仅弄来弄去很麻烦，还会挡住视线，但不挡又不行，长时间迎着阳光开车，容易出现各种眼部疾病，而强光使眼睛不适，造成危险驾驶。

所以，“太阳镜”成为了司机的“必备神器”，然而，普通太阳镜可以防护紫外线和蓝光，对眩光却无可奈何。从道路、水、雪或者前车玻璃等水平表面反射的光会产生眩光，照射到司机眼里严重影响视线，而短暂视野盲区容易引发交通事故。

于是，偏光太阳镜就成为了驾车一族的更优选择，可以有效地减少眩光。但是，有一种情景需要特别强调：在光线不足的情况下，比如晚上，尤其是在驾驶时，佩戴任何类型的太阳镜都会使光线进一步变弱，影响视野，所以不建议晚上佩戴。

之前讲到偏光太阳镜比普通太阳镜更神奇？这是为什么？今天就让我们共同探索偏光太阳镜的秘密。

图1（封面图）：偏光太阳镜

图源：Light科普坊/VEER

从字面上看，偏光太阳镜和普通太阳镜的区别主要体现在 “偏光”二字，这简单的两个字背后隐藏着什么玄机呢？要想弄清楚偏光太阳镜的秘密，我们需要先来认识偏光太阳镜的核心结构——偏振片。

一、偏光太阳镜的核心结构——偏振片

现代光学理论告诉我们，光是一种电磁波。既然是波，那光是横波还是纵波呢？

1809年，法国物理学家马吕斯（Etienne Louis Malus）发现了光的偏振现象，证明了光是一种横波，这表明光波电矢量的振动方向与光的传播方向垂直。在与传播方向垂直的二维空间里的电矢量有各式各样的振动状态，称之为光的偏振态或者偏振结构。

根据光波电矢量大小和方向的变化规律，可以将光分为自然光（图2a）、线偏振光（图2b）、部分偏振光（图2c）等。我们生活中常见的光源属于自然光，例如太阳光、灯光等，发出光线的振动方向杂乱无章，宏观看起来包含了沿所有方向的振动，经由界面反射会转换成线偏振光或部分偏振光。线偏振光振动方向通常都非常固定，只包含单一振动方向，部分偏振光则是介于自然光和线偏振光之间的光，不同方向上的振动强度不同。了解了光的不同状态之后，我们就可以应用这一理论分析偏光太阳镜发挥作用的具体过程了。

图2：几种常见的光振动分布（a）自然光；（b）线偏振光；（c）部分偏振光。 图源：王晓杰

光的横波特性与机械波中的横波特性类似，我们可以利用机械波模拟光的偏振现象。偏光太阳镜之所以能过滤眩光，是因为偏光太阳镜只在某个特定的方向上对光吸收较少，光可以较多地通过（图3a）；而其他方向的振动被吸收得较多，光通过得很少（图3b）。这一性质被称作二向色性，具有二向色性的光学元器件被称为偏振片，其中能透过光的振动方向称为透振方向。

图3：利用机械波模拟光的偏振现象（a）波的振动方向与狭缝平行；（b）波的振动方向与狭缝垂直。 图源：王晓杰

一般情况下，实验室中用的偏振片为电气石晶体或者硫酸碘奎宁晶体。偏光太阳镜一般具有一定的柔性，因此其偏光层的材质多是将聚乙烯醇（PVA）拉伸膜和醋酸纤维素膜（TAC）经多次复合、拉伸、涂布等工艺制成的一种复合材料。

二、偏光太阳镜阻挡眩光的原理

眩光往往是太阳光在地面反射形成的，因此我们需要先弄清楚反射光的偏振态。一般来说，光在界面上的行为分为反射和折射，能量在它们之间的分配比例与入射角有关。作为一种波动，光在界面上的行为除了能量分配以外，还应考虑光的偏振态变化等问题。

自然光可以表示成垂直于纸面和沿纸面的振动分布，分别用和表示。和分别取自德文senkrecht（垂直）和parallel（平行）两字的字头。根据电磁理论可以推导出，自然光经界面反射后，沿纸面的振动分量（分量）会变弱，因此自然光就变成了部分偏振光（图4）。