金屬反光和其他平面的反光有什麼本質區別？為什麼偏振鏡不能消除金屬表面的反光？

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一般平面的反光（如玻璃、水面、木頭）的反光，可以部分或全部通過偏振鏡消除。但我所讀到的攝影書籍都會提到金屬表面的反光不能被偏振鏡消除。自己買了CPL試驗的結果也是如此。因為不是專業人士，儘管查閱了光學和攝影方面的資料，還是沒有答案。

那麼，為什麼金屬的反光不能被消除呢？金屬反光和別的反光有什麼本質區別？是金屬的分子結構之類的導致了其反光的特殊性嗎？

＝＝＝＝20140824補充＝＝＝＝
我前面有些沒有表達清楚的地方，特此補充：我想知道為什麼金屬反光不是偏振光？和金屬本身的材料特性有什麼關係？

首先，光波在界面發生反射跟透射時，可以將其振動分解成垂直於入射面(s分量)和平行於入射(分量)的兩個分量。

在界面上反射時，s分量跟p分量的反射比是不一樣的。
一、對於電介質(折射率n為實數)而言：

(公式來源：維基百科Fresnel equations)
以光從空氣(n=1)進入折射率n=1.5的介質(如某些玻璃)為例，可以做出其s分量跟p分量的反射比曲線圖。

圖中可見，在入射角等於56.3°時(布儒斯特定律Brewster"s angle)，p分量的反射比為0，意味著此時所有的反射光都是s分量的光。通過再加一個偏振片(題主提到的偏振鏡)，就可以把s分量全部濾掉，也即濾去了全部反射光。這是電介質的情況。
PS：此處只討論最特殊的完全消光情形，部分消光情形可以類推。
二、對於金屬(折射率n為複數)而言

（來源：郁道銀，談恆英《工程光學》第二版公式11-104）（κ是金屬的衰減係數）
以銅(Cu)和銀(Ag)為例做出其反射比曲線。

(不好意思，爪機拍的，圖有一點扭曲)
可以看出，雖然p分量的反射比有極小值，但是其極小值並不等於零，表明在金屬表面反射時，一定有p分量的存在，因此不會產生全偏振(只有s分量)現象。
因此，一個偏振鏡只能消除某一種分量(s或者p)的反射光，並不能實現完全消光。
三、金屬反光和電介質反光的本質區別——折射率。
1、光的本質是一種電磁波,對於與其相互作用的物質有電場和磁場的作用。金屬相對於電介質而言，其中存在著大量的自由電子，在電場作用下可以產生電流(也就是可以導電)，由此產生了金屬/電介質這兩種物質的本質區別。
2、由萬能的麥克斯韋方程組Maxwell"s equations解得，電介質的折射率是實數n，金屬的折射率是複數

同樣地代入上文提到過的菲涅耳公式，就解得了兩種完全不同的結果，也解釋了兩種不同介質的反光現象。參考文獻：
[1]郁道銀、談恆英，《工程光學》；
[2]郭碩鴻，《電動力學》；

好幾天前就躍躍欲試準備回答這個問題了，無奈剛考完試一直在忙著閑扯，就這麼拖到了現在。十分感謝題主讓我有機會寫點東西！（8月23日寫到一半，然後家裡斷網了！！所以有些內容與其他答案有重複，為保持行文順暢我就不改了，見諒！）

日常生活中的可見光源（太陽，白熾燈等）發出的光都是非偏振光。非偏振光是由不同方向的偏振光隨機組成的。一個偏振光的簡單例子是單色平面波，我們可以把它簡單想像成一個正弦波。偏振鏡的原理就是把非偏振光中的大部分偏振光過濾或吸收掉，只讓拍攝者需要的光通過偏振鏡。圖1直觀展現了偏振鏡的原理：白熾燈（1）發出的非偏振光（2）通過偏振鏡（3）的過濾變成了在一個方向上震蕩的偏振光（4）。

圖1：偏振鏡的原理（來源：偏振）

攝影中使用的偏振鏡有兩種，一種是線性偏振鏡，另一種是題主提到的 CPL (Circular Polarized Light) —— 圓偏光鏡。這兩種偏振鏡的原理都可以用圖1來解釋。由於本文著重討論的是金屬反射光，所以這兩種偏振鏡的區別就不展開了，只摘錄維基百科的一段話：

偏振鏡有線性偏振鏡（PL，也稱直線偏振鏡）及圓偏振鏡（CPL Filter）兩大類。線性偏振鏡通常用於老式相機，因為反光鏡和測光/測焦分光鏡的原因，無法與單反相機一起工作。而圓偏振鏡則可以在跟任何一種相機上使用。（來源：偏振鏡）

現在來說說金屬反光和「一般平面」（玻璃，水面，木頭）反光的區別。圖2是大家上中學時都見過的光的反射圖。不過這張圖加了點料：入射光 $k_i$ （非偏振光）中的任意一個方向的偏振光 $E_i$ 都可以分解成平行於反射平面（灰色）震蕩的 $E_{ip}$ 部分和垂直於反射平面震蕩的 $E_{is}$ 部分。

圖2：光的反射（來源：見注）

一束非偏振光無論是在金屬表面上還是「一般平面」上被反射，都可以用圖2來描述。話雖這麼說，區別還是有的。在圖3里我們不妨嚴謹一點把「一般平面」歸類為絕緣體。R 是光在物體表面的反射率，T 是光的入射角。p 是平行於光的反射面的偏振光（即圖2的 $E_{ip}$ ）， s 是垂直於光的反射面的偏振光（即圖2的 $E_{is}$ ）。圖3是怎麼畫出來的？—— Fresnel equations （菲涅耳方程）。方程長什麼樣對理解問題不太重要，所以略過。

圖3：光的反射率與入射角的關係（來源：見注）

到這裡問題就得到解答了：從絕緣體反射出的 p 部分本來就很少，所以拍攝者只需要用偏振鏡把 s 部分過濾掉就可以得到一張滿意的照片。至於金屬，無論是過濾 s 部分還是 p 部分，另一部分的光還是會被反射到鏡頭裡，所以偏振鏡怎麼轉，金屬的反光都不會被過濾掉。

想搞清楚為什麼金屬的反射率那麼高的同學可以繼續往下看。（8月23日寫到這裡）

這裡插播一下，8月25日看到了問題的補充：為什麼金屬反射的光不是偏振光？我想說絕緣體反射的光大部分情況下也不是偏振光，圖3就說明了一切。圖中只有在大約50° 至 60° 間絕緣體反射的光才是偏振光，因為在這個角度範圍內反射光只剩下了 s 部分。這個角度叫做 Brewster"s angle （布儒斯特角 / 起偏角）。中文名字起偏角很形象地描述了這個角度的特性。另外一個現象是，在入射角等於起偏角時，反射光和折射光的夾角為90°，這個現象也是起偏角的成因，想深究的同學請參考關鍵詞「Hertzian dipole」（中文名不知道是啥，在德國上的大學，不好意思）。所以對於為什麼金屬反射的光不是偏振光？這個問題，還是可以用我上面的話回答：從絕緣體反射出的 p 部分本來就很少，所以拍攝者只需要用偏振鏡把 s 部分過濾掉就可以得到一張滿意的照片。

繼續解釋為什麼金屬反射率那麼高。

（為什麼要解釋？圖3是關鍵。如果金屬的 p 部分可以再往下挪挪，那麼用偏振鏡過濾 s 部分就可以過濾掉大部分的金屬反光，就像處理絕緣體一樣。所以偏振鏡過濾不掉金屬的反光，關鍵就是因為金屬的 s 和 p 部分反射率都很高。）

Drude model （德魯德模型）告訴我們，金屬中的電子不像絕緣體中的電子一樣付著在原子周圍，而是到處亂跑的。假設現在有一個獨立的電子被放到一束電磁波（光）中，那麼電子就會跟隨電磁場做規則震蕩運動，電子本身的能量不變。但是如果金屬中的電子被電磁波（光）照射，電子在做震蕩運動的時候還會與周圍的原子或離子發生碰撞，每碰撞一次，電子就會得到更多的能量，電子的運動方向也會發生改變。

回顧一下絕緣體：在入射角等於起偏角時，p 部分完全不會被反射。那麼 p 部分哪去了呢？——被吸收了。所以吸收是關鍵。（感謝 @武韜指正，入射光不止會被吸收，還會被折射從而穿透物體。當時寫得太快忽略了折射部分。）

想要讓金屬吸收光的能量是非常困難的事情，因為金屬中的電子只有在與原子或離子碰撞的時候才能吸收能量，想要電子吸收更多的能量，就要有更多的碰撞，就需要一個很高的碰撞頻率。圖4是入射角為0°的光（垂直入射）的反射率與頻率在鋁的表面的關係。虛線是用德魯德模型計算出來的數值，可以看到在頻率約等於 $30 cdot 10^{15}$ Hz 時，反射率突然降到了0。這個頻率叫做 plasma frequency 。它的大小與金屬的電子密度成正比。所以只有頻率很高的光才能被金屬吸收。人眼可見光的波長範圍大概在 400 到 800 nm （納米）之間，換算過來就是 $3.75cdot 10^{14}$ 到 $7.5cdot 10^{14}$ Hz 之間。這個頻段遠遠達不到被金屬吸收的大小。

圖4：光的反射率 R 與頻率在鋁的表面的關係（入射角0°）（來源：見注）

*註：圖片來源 Anwendungen der Lasertechnik 2. Vorlesung, Prof. Reinhart Poprawe, Lehrstuhl für Lasertechnik LLT, RWTH Aachen

參考Fresnel 公式：
對於P偏振光，反射率為：
對於S偏振光，反射率為：

對於一般材料，P和S偏振光的反射率的比值為：

對於金屬（高N材料），P,S偏振光的反射率比值為：~1

本質原因是金屬的復折射率導致沒有透射，從而很好地保持了原入射光中對於兩種偏振的對稱性。

從拍攝的角度，可以理解為全反射、半反射和漫反射。
偏振片的作用，你可以理解為消除了其他振動方向的光，而保留了一定方向（反之亦然）。
但以上的幾種反射光同時存在時，你沒法消除全部。
所以：
並非無法消除。
而且方法確實比較多。
如，在光源和鏡頭前都增加偏振片。
如，光源前增加透膜。
如，反射面加塗層。
……（*……*@#
等等，不贅述了。

樓上有個傢伙回答相當專業，可能題主已經看懂了

簡單說：平時照相的時候需要過濾的多數都是玻璃反光。玻璃和金屬反光的最大不同就是角度問題。形象地說：玻璃反射的光大都是同一個角度，所以要過濾就都過濾掉了。而金屬反光是很多角度一同反射的（離子「亂跑」所致），不管你把偏振鏡旋轉到哪個角度，總有一些金屬反光不在過濾範圍內，所以金屬反光始終存在。

竊以為覺得這個應該和金屬本身的特性，而不僅僅@李紹唐提到的表面光滑度的原因。

從維基摘抄了一段，是不是和這個相關？期待知友解惑，謝謝

自由電子與金屬性質的關係[編輯]

自由電子使金屬具光澤、富有延展性、容易導電、利於傳熱。在金屬晶體中具有中性原子，金屬陽離子與自由電子，而自由電子可在整個晶體中自由移動。

具光澤

當光線照射到金屬表面時，自由電子吸收所有頻率的可見光，然後很快的發射出大部分所吸收的可見光。這也是因為絕大多數金屬呈銀白色或鋼灰色光澤的原因。金屬在粉末狀態時，由於晶體排列不規則，可見光被自由電子吸收後難以發射出去，所以金屬粉末一般呈暗灰色或灰色，但少數金屬的粉末會保持原來的顏色及光澤，例如金和鋁。

是由於電磁波震動方向的問題嗎，垂直於界面的電磁波穿過界面的時候會作用在兩個不同的相裡面，或者說界面上的微粒在地磁波作用下在兩相之間運動。而平行於界面的電磁波下微粒的運動還是在單一的相裡面。

就是為什麼會出現反射性的區別啊，求解答

本質上金屬有自由電子，maxwell方程中傳導電流密度不是零，把它帶來的影響與原有的介電常數項合併,認為介電常數變成複數,折射率也就是複數,得到的反射係數是複數。
分s和p光，是因為方程的邊界條件區分電場和磁場方向。
量子力學角度我不清楚
另外復折射率也意味著反射會產生相移，這裡體現不出來，雖然我看到題目第一眼想到的是這個。

從拍攝的角度，可以理解為全反射、半反射和漫反射。

這真是個好問題！光和物質相互作用絕對夠我們玩好多年！看了大家的回答先總結一下:
Fresnel方程描述了光在界面的反射折射現象，這個現象包括了以布羅斯特角入射時反射光為單一偏振光。而從方程中我們可以看出，這一現象的出現取決於折射率n。
但是當我們談折射率我們是針對電介質而言的！
對於金屬並不必然的需要引入折射率n這個概念，因為自由電子海基本上把全部的入射光都反射掉了。
所以，fresnel方程中描述的現象並不完全適用於金屬。所以題主你是對的，你說的現象確實是由於金屬本身在原子層面的特性與電介質不同導致的。跟表面光滑程度沒什麼關係。