§6.6 旋光效應與圓雙折射 6 光的雙折射與光調(diào)制 6.6 旋光效應與圓雙折射 6 光的雙折射與光調(diào)制 主要內(nèi)容 1. 旋光現(xiàn)象 2. 旋光現(xiàn)象的解釋——菲涅耳假設 3. 磁致旋光效應——法拉第效應 4. 法拉第效應的應用 (1) 旋光現(xiàn)象 旋光效應：平面偏振光在某些各向異性介質(zhì)中沿光軸傳播時，其振動面發(fā)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。 旋光物質(zhì)：能使平面偏振光振動面產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)的介質(zhì)，如石英晶體、食糖溶液等。 圖6.6-1 石英的旋光現(xiàn)象 P2 P1 檢偏器 石英晶片 起偏器 c c 6.6 旋光效應與圓雙折射 6 光的雙折射與光調(diào)制 6.6.1 旋光現(xiàn)象 右旋：迎著光傳播方向看，振動面順時針方向旋轉(zhuǎn)（葡萄糖、右旋石英） 左旋：迎著光傳播方向看，振動面逆時針方向旋轉(zhuǎn)（果糖、左旋石英） 說明：旋光不僅存在于各向異性介質(zhì)中，也存在于某些各向同性介質(zhì)中；所有在非晶態(tài)下具有旋光本領的物質(zhì)，在結(jié)晶態(tài)下也是旋光性的；有些晶體，如石英，甚至具有左旋和右旋兩種性質(zhì)。 晶體的旋光規(guī)律： (6.6-1) Dy：沿旋光性晶體光軸方向傳播的單色平面偏振光的偏振面相對于入射點的振動面之轉(zhuǎn)角；z：光波在晶體中的傳播距離；a：晶體的旋光率，單位為(o)/mm。 對于軸向厚度為d 的晶片，其透射光的偏振面相對入射的轉(zhuǎn)角： (6.6-2) 6.6 旋光效應與圓雙折射 6 光的雙折射與光調(diào)制 6.6.1 旋光現(xiàn)象 (2) 晶體的旋光效應 表6.6-1 不同波長下石英的旋光率 波長/nm 794.76 760.4 728.1 670.8 656.2 589.0 546.1 a /[(o)·mm-1] 11.589 12.668 13.924 16.535 17.318 21.749 25.538 波長/nm 586.1 430.7 404.7 382.0 344.1 257.1 175.0 a /[(o)·mm-1] 32.773 42.604 48.945 55.625 70.587 143.266 453.5 6.6 旋光效應與圓雙折射 6 光的雙折射與光調(diào)制 6.6.1 旋光現(xiàn)象 介質(zhì)的旋光率與照射光波長有關。在白光照射下，不同顏色光的振動面旋轉(zhuǎn)的角度不同。透過檢偏器觀察時，由于各種顏色的光不能同時消光，故旋轉(zhuǎn)檢偏器時將觀察不到消光現(xiàn)象，而會看到色彩的變化。 旋光色散現(xiàn)象： 溶液的旋光規(guī)律： (6.6-3) Dy：平面偏振光波在旋光性溶液中傳播時其偏振面的旋轉(zhuǎn)角度；N：溶液濃度；z：光波在溶液中的傳播距離；[a]：溶液的比旋光率。 應用：測量溶液中旋光物質(zhì)的濃度 溶液的濃度： (6.6-4) l：液池長度; y：平面偏振光穿過液池后光振動面旋轉(zhuǎn)角度 6.6 旋光效應與圓雙折射 6 光的雙折射與光調(diào)制 6.6.1 旋光現(xiàn)象 (3) 溶液的旋光效應 (1) 兩束同頻率、同振幅的左旋和右旋圓偏振光的疊加 圖6.6-2 同頻率左右圓偏振光的疊加 (a) t=0 ER E EL (b) ER E EL -wt wt 結(jié)論：兩束同向傳播的同頻率、同振幅、且初相位相同的左旋和右旋圓偏振光的疊加結(jié)果，形成一束振動方向恒定的平面偏振光。 6.6 旋光效應與圓雙折射 6 光的雙折射與光調(diào)制 6.6.2 旋光現(xiàn)象的解釋——菲涅耳假設 平面偏振光在石英晶體中沿光軸方向傳播時，分解成左旋和右旋圓偏振光。兩束光傳播速度（或折射率）略有不同，設其分別為vL和vR（折射率分別為nL和nR），則對于左旋晶體，vLvR，nLnR；對于右旋晶體，vLvR，nLnR。穿過晶體后兩光束將分別產(chǎn)生不同大小的相位延遲： (6.6-5) l：真空中波長，d：旋光晶片厚度。fL、fR：左旋和右旋圓偏振光的旋轉(zhuǎn)矢量相對于入射時的角位移（滯后意味著角度倒轉(zhuǎn)）。 合振動的光矢量大?。?(6.6-6) 6.6 旋光效應與圓雙折射 6 光的雙折射與光調(diào)制 6.6.2 旋光現(xiàn)象的解釋 菲涅耳假設： (2) 旋光性的解釋 菲涅耳復合棱鏡：R：右旋石英棱鏡(nRnL)；L：左旋晶體棱鏡(nRnL) 圖6.6-4 菲涅耳復合棱鏡 R L R 右旋圓偏振光 左旋圓偏振光 說明： ① 旋光效應導致一束平面偏振光被分解為兩束圓偏振光，因而也是一種雙折射效應——圓雙折射效應。 ② 旋光性源于物質(zhì)中原子排列的螺旋結(jié)構(gòu)。旋光性的嚴格解釋需考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。菲涅耳關于旋光現(xiàn)象的解釋僅僅是一種惟象描述，并未涉及其微觀機制，它不能回答為何在旋光介質(zhì)中兩圓偏振光的速度不同。 6.6 旋光效應與圓雙折射 6 光的雙折射與光調(diào)制 6.6.2 旋光現(xiàn)象的解釋 (3) 菲涅耳假設的實驗驗證 (6.6-7) 合振動矢量相對于入射光偏振面轉(zhuǎn)角： 圖6.6-3 旋光效應的解釋 (a) 入射面

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