偏振光与彩虹
早就听说过，若在飞机上透过偏振片观察舷窗之外的天空，会看到有彩虹出现；而且转动偏振片的话，彩虹的数量和位置还会发生变化。3月底外出参加会议，在途中试验了一下，果然。自己拍摄的底片还没有扫描，先借用他人的图片来示意一下：
摄影：Patrice Touhar
不过这个彩虹的成因是什么？熟知的事实是折射可以导致色散，如三棱镜分解阳光，但这种情况与此无关。没有找到现成的解答，于是凭借搜索到的一些线索结合光学基本原理分析如下：
过程比较复杂，先从天空对阳光的散射说起。按说太阳光基本没有偏振成分，但当光线通过内含微粒悬浮物的空气时，由于空气的均匀性被微粒破坏，光线会发生散射。其中若粒子尺度小于光线波长，发生的是瑞利散射，散射强度反比于波长的4次方。散射光具有线偏振特性。换句话说，入射到机舱的光线是偏振光。这一点属于光学教科书的内容，没有什么问题。
接下来的事情涉及飞机舷窗材料，据说其拥有双折射特性。此次所乘飞机型号为空中客车的A320，本打算刨根究底，考证一下A320舷窗的具体情况，不过最后只查到了驾驶舱风挡的材料和结构，关于客舱没有找到任何线索。至于通常用于舷窗的材料，从网上搜索到的信息给出了两种答案：一是聚甲基丙烯酸甲酯（俗称亚克力），二是聚碳酸酯，其中后者具有双折射特性，但前者在通常情况下的双折射并不显著。
只是这个亚克力有个特殊的性质：应力双折射。在外力的作用下，材料内部不再保持各向同性，会产生双折射现象。在飞机上，应力可能是气流的冲击或其他什么原因，机舱内外的压力差也可能算是应力的一个来源。又有说法是，大块的亚克力在制造过程中，就会由于种种原因而导致内部不均匀，这又增加了额外的光学各向异性。本人不清楚细节，不过并不影响后面的讨论，因为总之双折射是存在的。由此，一束入射光进入材料后就不再是一束，而是要分成寻常光和非常光两束，其中前者遵循折射定律，后者不遵循。
这样看来，无论是用亚克力还是聚碳酸酯作舷窗材料，都可以视为具备双折射的性质。若线偏振光射入其内，出射的寻常光和非常光是一对振动方向正交，且相位差一定的线偏振光。让这对线偏振光再通过一片偏振片以滤去与偏振片透射轴垂直的分量，即剩余两束振动方向一致，但强度一般不同的光线。这两束光线彼此会发生干涉，结果就是明暗相间的条纹。如果入射光是白光（也就是在飞机上看到的情况），最终得到的图样取决于不同波长干涉条纹的叠加，总体效果即为所见的彩虹。当然既然这是干涉所致，转动偏振片条纹发生变化的问题也就迎刃而解了。
偏振彩虹的另一个特征是与方位有关，在侧向太阳的区域最为明显，若正对太阳或与太阳成180度角的天区，基本看不到彩虹。这一点也不难解释：散射发生后，沿原自然光传播方向行进的光波仍旧是自然光，而与该方向垂直的出射光基本可以认为是全偏振光，其余则是部分偏振光，且与自然光入方向射的夹角越大，偏振度也越大。出于同样的原因，若用偏振镜来压暗天色，只有在距离太阳90度左右的地方才能得到最佳效果。
考虑双折射的存在，一般并不提倡从飞机内拍摄舷窗外的景物时使用偏振片。不过如此生成的人造彩虹又何尝不是别有风味呢？只是对于对地航拍来说，这彩虹就是不必要的干扰了，故还是以取下偏振片为宜。
但如果善用偏振光的双折射及其干涉效应，可以拍出很绚烂的照片，比如2007年尤里卡科学摄影大赛的获奖作品《双折射狂欢》：
摄影：Katrina Putker
