1、第十三、四次課、偏振光的產生、第十三、四次課、偏振光的產生、檢測和旋光現象檢測和旋光現象 一、標量波和矢量波一、標量波和矢量波二、波的獨立傳播原理二、波的獨立傳播原理 三、光波的疊加原理和線性媒質三、光波的疊加原理和線性媒質四、兩束同頻振動方向平行的標量波的疊加四、兩束同頻振動方向平行的標量波的疊加五、兩束同頻振動方向垂直的標量波的疊加五、兩束同頻振動方向垂直的標量波的疊加一、偏振光的產生和檢測一、偏振光的產生和檢測二、旋光現象二、旋光現象 內容內容一、偏振光的產生和檢測v1、線偏振光的產生、線偏振光的產生v (1)、由反射與折射產生線偏振光、由反射與折射產生線偏振光v (2)、由二向色性產生

2、線偏振光、由二向色性產生線偏振光v (3)、由雙折射產生線偏振光、由雙折射產生線偏振光v2、橢圓、橢圓(圓圓)偏振光的產生偏振光的產生v3、偏振光的檢測、偏振光的檢測1、線偏振光的產生、線偏振光的產生-(1)、由反射與折射產生偏振光、由反射與折射產生偏振光自然光在兩種各向同性介質的分界面上反射和折射時，不但光自然光在兩種各向同性介質的分界面上反射和折射時，不但光的傳播方向要改變，而且光的偏振狀態也要改變，所以反射光的傳播方向要改變，而且光的偏振狀態也要改變，所以反射光和折射光都是部分偏振光。和折射光都是部分偏振光。在一般情況下，反射光是以垂直于入射面的光振動在一般情況下，反射光是以垂直于入射面

3、的光振動(s光光)為主的為主的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振動部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振動(p光光)為主的為主的部分偏振光。部分偏振光。n2n121intgn時，反射光中就只有垂直于入射面的光振動時，反射光中就只有垂直于入射面的光振動(s光光)，而，而沒有平行于入射面的光振動沒有平行于入射面的光振動(p光光)，這時反射光為線偏，這時反射光為線偏振光，而折射光仍為部分偏振光。振光，而折射光仍為部分偏振光。 這就是這就是Brewster定律。定律。 其中其中 叫做布儒斯特角或起偏角。以后用叫做布儒斯特角或起偏角。以后用 表示。表示。布儒斯特定律布儒斯特定律反射光的偏振化程度

4、與入射角有關。反射光的偏振化程度與入射角有關。1812年，布儒斯特由實驗證明：若光從折射率為年，布儒斯特由實驗證明：若光從折射率為n1的介質射向折射率為的介質射向折射率為n2的介質，當入射角的介質，當入射角 滿足滿足iiB這實驗規律可用電磁場理論的菲涅耳公式解釋。這實驗規律可用電磁場理論的菲涅耳公式解釋。n2n1BBv 稱為布儒斯特角或起偏角v 折射光仍為部分偏振光v 入射角為 ， 反射光線垂直折射光線B理論實驗表明：反射所獲得的線偏光僅占入射自然光總能量理論實驗表明：反射所獲得的線偏光僅占入射自然光總能量的的(7.幾幾)%，而約占，而約占85%的垂直分量和全部平行分量都折射到的垂直分量和全部

5、平行分量都折射到玻璃中。玻璃中。可以利用玻璃片來獲得線偏振光，只用一片玻璃的缺點：可以利用玻璃片來獲得線偏振光，只用一片玻璃的缺點： 以布儒斯特角入射時，反射光雖為線偏振光，但強度太小以布儒斯特角入射時，反射光雖為線偏振光，但強度太小 透射光的強度雖大，但偏振度太小透射光的強度雖大，但偏振度太小為解決這個矛盾，讓光通過由多片玻璃疊合而成的傾斜的片堆，并使入為解決這個矛盾，讓光通過由多片玻璃疊合而成的傾斜的片堆，并使入射角等于布儒斯特角，經過多次的反射和折射，既能獲得較高的偏振度，射角等于布儒斯特角，經過多次的反射和折射，既能獲得較高的偏振度，光的強度也比較大。光的強度也比較大。B1.51.51

6、.51.01.01.01.01、線偏振光的產生、線偏振光的產生-(2)、由二向色性產生偏振光、由二向色性產生偏振光二向色性是指有些各向異性的晶體對于光的吸收本領除二向色性是指有些各向異性的晶體對于光的吸收本領除了隨波長改變外，還隨光矢量相對于晶體的方位而改變。了隨波長改變外，還隨光矢量相對于晶體的方位而改變。例：當振動方向互相垂直的兩束線偏振白光通過晶體后例：當振動方向互相垂直的兩束線偏振白光通過晶體后呈現出不同的顏色。呈現出不同的顏色。天然晶體中，電氣石具有很強的二向色性。天然晶體中，電氣石具有很強的二向色性。非偏振光非偏振光線偏振光線偏振光光軸光軸電氣石晶片電氣石晶片一些各向同性的介質在受

7、到外界作用時也會產生各向異性，一些各向同性的介質在受到外界作用時也會產生各向異性，并具有二向色性。并具有二向色性。利用該特性獲取偏振光的器件叫做人造偏振片。利用該特性獲取偏振光的器件叫做人造偏振片。H偏振片偏振片聚乙烯醇薄膜聚乙烯醇薄膜碘溶液碘溶液拉伸、烘干拉伸、烘干聚乙烯醇薄膜聚乙烯醇薄膜氯化氫中加熱脫水氯化氫中加熱脫水K偏振片偏振片極強的二向色性，光化學性穩定，強光照射不會褪色，但膜極強的二向色性，光化學性穩定，強光照射不會褪色，但膜片略變黑，透明度低片略變黑，透明度低偏振度高，透明度低，對各色可見光有選擇吸收，可做得薄而偏振度高，透明度低，對各色可見光有選擇吸收，可做得薄而大，價廉，廣泛

8、應用大，價廉，廣泛應用1、線偏振光的產生、線偏振光的產生-(3)、雙折射晶體產生線偏振光、雙折射晶體產生線偏振光在雙折射晶體中內，自然光波被分解成光矢量互相正交的在雙折射晶體中內，自然光波被分解成光矢量互相正交的線偏振光傳播，把其中的一束光攔掉，便得到線偏振光。線偏振光傳播，把其中的一束光攔掉，便得到線偏振光。1、 尼科耳棱鏡尼科耳棱鏡BCAD904868658. 1on486. 1en55. 1膠n 光光O光光e加拿大樹膠加拿大樹膠282、格蘭、格蘭-湯姆遜棱鏡湯姆遜棱鏡當光垂直于棱鏡端面入射時，當光垂直于棱鏡端面入射時， o o光和光和e e光均不發生偏折，在光均不發生偏折，在斜面上的入射

9、角等于棱鏡斜面與直角面的夾角。斜面上的入射角等于棱鏡斜面與直角面的夾角。制作時使膠合劑的折射率大于并接近制作時使膠合劑的折射率大于并接近e e光的折射率，但小于光的折射率，但小于o o光折射率，并選取棱鏡斜面與直角面的夾角大于光折射率，并選取棱鏡斜面與直角面的夾角大于o o光在膠合光在膠合面上的臨界角，這樣面上的臨界角，這樣o o光在膠合面上將發生全反射，并被棱光在膠合面上將發生全反射，并被棱鏡直角面上的涂層吸收，而鏡直角面上的涂層吸收，而e e光由于折射率幾乎不變而無偏光由于折射率幾乎不變而無偏折地從棱鏡出射。折地從棱鏡出射。 光軸光軸光軸光軸方解石方解石方解石方解石加拿大樹膠加拿大樹膠o

10、oe e吸收涂層吸收涂層i28 光軸光軸光軸光軸方解石方解石方解石方解石加拿大樹膠加拿大樹膠o oe e吸收涂層吸收涂層i28當入射光束不是平行光或平行光非正入射偏振棱鏡時，棱鏡當入射光束不是平行光或平行光非正入射偏振棱鏡時，棱鏡的全偏振將受到限制。允許的角度約為的全偏振將受到限制。允許的角度約為14當上偏角大于某一值時，當上偏角大于某一值時，o o光在膠層上的入射角小于臨界角，光在膠層上的入射角小于臨界角，不發生全反射而部分地透過棱鏡；不發生全反射而部分地透過棱鏡；當下偏角大于某一值時，當下偏角大于某一值時，e e光折射率增大與光折射率增大與o o光同時發生全反光同時發生全反射，沒有光從棱鏡

11、射出。射，沒有光從棱鏡射出。優點：對可見光透明度高，能產生完善的線偏振光優點：對可見光透明度高，能產生完善的線偏振光缺點：不適于用于高度會聚或發散的光束，有效使用截面小，缺點：不適于用于高度會聚或發散的光束，有效使用截面小，價格昂貴價格昂貴3、格蘭、格蘭-傅科棱鏡傅科棱鏡加拿大樹膠對紫外吸收很大，且容易被大功率激光破壞。加拿大樹膠對紫外吸收很大，且容易被大功率激光破壞。 光軸光軸光軸光軸方解石方解石方解石方解石空氣層空氣層o oe e吸收涂層吸收涂層i將加拿大樹膠用空氣薄層代替將加拿大樹膠用空氣薄層代替格蘭格蘭-傅科棱鏡傅科棱鏡適用于紫外波段，能承受強光的照射，避免樹膠強烈吸收紫適用于紫外波段

12、，能承受強光的照射，避免樹膠強烈吸收紫光的缺點。這種透鏡能透過光的缺點。這種透鏡能透過210nm的紫外光。的紫外光。允許的入射角度范圍不大，大約允許的入射角度范圍不大，大約15左右。左右。154*、 偏振分束棱鏡偏振分束棱鏡利用晶體的雙折射，且光的折射角與光振動方向有關的原利用晶體的雙折射，且光的折射角與光振動方向有關的原理，改變振動方向互相垂直的兩束線偏振光的傳播方向，理，改變振動方向互相垂直的兩束線偏振光的傳播方向，從而獲得兩束分開的線偏振光。從而獲得兩束分開的線偏振光。偏振分束棱鏡也稱為雙像棱鏡，常用于偏振光干涉系統。一偏振分束棱鏡也稱為雙像棱鏡，常用于偏振光干涉系統。一般采用方解石或石

13、英為材料，兩半棱鏡光軸取向互相垂直。般采用方解石或石英為材料，兩半棱鏡光軸取向互相垂直。q 渥拉斯頓棱鏡渥拉斯頓棱鏡q 洛匈洛匈(羅雄羅雄)棱鏡棱鏡1、渥拉斯頓棱鏡、渥拉斯頓棱鏡光從棱鏡光從棱鏡1進入棱鏡進入棱鏡2時，光軸轉了時，光軸轉了90度度 o光光(點點)變變e光光 光密光密光疏，偏離法線傳播光疏，偏離法線傳播 折射角入射角折射角入射角 e光光(短劃短劃)變變o光光 靠近法線傳播靠近法線傳播進入空氣后進入空氣后, ,均是由光密均是由光密光疏，光疏， 可得到進一步分開的二束線偏振光。可得到進一步分開的二束線偏振光。no (1.6584)ne(1.4864)平行自然光垂直入射到棱鏡端面，在棱

14、平行自然光垂直入射到棱鏡端面，在棱鏡鏡1內，內，o光、光、e光以不同速度沿同一方光以不同速度沿同一方向行進。向行進。e12方解石方解石方解石方解石 o2、洛匈棱鏡、洛匈棱鏡平行自然光垂直入射棱鏡，光在平行自然光垂直入射棱鏡，光在第一棱鏡中沿著光軸方向傳播，第一棱鏡中沿著光軸方向傳播，不產生雙折射，不產生雙折射，o o光、光、e e光都以光都以o o光速度沿同一方向行進。光速度沿同一方向行進。 進入第二棱鏡后，光軸轉過進入第二棱鏡后，光軸轉過90度，平行于圖面振動的度，平行于圖面振動的e光在光在第二棱鏡中變為第二棱鏡中變為o光，這支光在兩塊棱鏡中速度不變，無偏折光，這支光在兩塊棱鏡中速度不變，無

15、偏折的射出棱鏡。的射出棱鏡。 垂直于圖面振動的垂直于圖面振動的 o光在第二棱鏡中變為光在第二棱鏡中變為e光，石英的光，石英的neno，在斜面上折射光線偏向法線，得到兩束分開的振動方向互相垂在斜面上折射光線偏向法線，得到兩束分開的振動方向互相垂直的線偏振光。直的線偏振光。只允許光從左方射入棱鏡。只允許光從左方射入棱鏡。 v2、橢圓、橢圓(圓圓)偏振光的產生偏振光的產生可以借助波片將線偏振光變成橢圓可以借助波片將線偏振光變成橢圓( (圓偏振光圓偏振光) )波片也稱相位延遲器，能使偏振光的兩個互相垂直的線偏振波片也稱相位延遲器，能使偏振光的兩個互相垂直的線偏振( (分分) )光之間產生一個相對的相位

16、延遲，從而改變光的偏振態。光之間產生一個相對的相位延遲，從而改變光的偏振態。對某個波長對某個波長而言，當而言，當o、e光在晶片中的光程差為光在晶片中的光程差為的某個的某個特定倍數時，這樣的晶片叫波晶片，簡稱波片。特定倍數時，這樣的晶片叫波晶片，簡稱波片。波片是透明晶體制成的平行平面薄片，其光軸與表面平行。波片是透明晶體制成的平行平面薄片，其光軸與表面平行。ydxAAoAe 線偏振光線偏振光光軸光軸當一束線偏振光垂直入射到由當一束線偏振光垂直入射到由單軸晶體制成的波片時，在波單軸晶體制成的波片時，在波片中分解成沿原方向傳播但振片中分解成沿原方向傳播但振動方向互相垂直的動方向互相垂直的o光和光和e

17、光，光，相應的折射率相應的折射率no 、ne。兩光在晶片中的速度不同，兩光在晶片中的速度不同，當通過厚度當通過厚度d的晶片后產生的晶片后產生相應的相位差為：相應的相位差為：dnneo2ydxAAoAe 線偏振光線偏振光光軸光軸兩束線偏振分光的振幅為：兩束線偏振分光的振幅為：sincosoeAAAA兩束振動方向互相垂直且有一定相位差的線偏振光疊加，一兩束振動方向互相垂直且有一定相位差的線偏振光疊加，一般得到橢圓偏振光。般得到橢圓偏振光。波片制造時通常標出快或慢軸，稱晶體中波速快的光矢波片制造時通常標出快或慢軸，稱晶體中波速快的光矢量的方向為快軸，與之垂直的光矢量方向即為慢軸。量的方向為快軸，與之

18、垂直的光矢量方向即為慢軸。負單軸晶體時，負單軸晶體時，e光比光比o光速度快，快軸在光速度快，快軸在e光光矢量方向即光光光矢量方向即光軸方向，軸方向，o光光矢量方向為慢軸，正晶體正好相反。光光矢量方向為慢軸，正晶體正好相反。波片產生的相位差是慢軸方向光矢量相對于快軸方向光矢量的波片產生的相位差是慢軸方向光矢量相對于快軸方向光矢量的相位延遲量。相位延遲量。(1)、全波片、全波片), 3, 2, 1, 0(22mmdnneo厚度厚度ennmd0全波片產生全波片產生2整數倍的相位延遲，不改變入射光的偏振態。整數倍的相位延遲，不改變入射光的偏振態。對波長為對波長為的光沒有影響相位延遲的光沒有影響相位延遲

19、2）。但是對別的波長）。但是對別的波長的光來說是有影響的。的光來說是有影響的。(2)、半波片、半波片(21)(21)2oemmdnn半波片產生半波片產生奇數倍的相位延遲，線偏振光通過半波片后仍然奇數倍的相位延遲，線偏振光通過半波片后仍然是線偏振光。是線偏振光。作用：可使線偏振光的振動面轉過一個角度。作用：可使線偏振光的振動面轉過一個角度。若入射點處線偏振光分解的若入射點處線偏振光分解的o、e光同相；則出射點處仍是線光同相；則出射點處仍是線偏振光，只是偏振光，只是o、e光反相光反相若入射線偏振光的振動方向與波片快軸或慢軸夾角為若入射線偏振光的振動方向與波片快軸或慢軸夾角為，出射線偏振光的振動方向

20、向著快軸或慢軸方向轉過出射線偏振光的振動方向向著快軸或慢軸方向轉過2。42當當時時，則則轉轉過過 A 0入入A0出出A入入A出出Ae入入= Ae出入出入光軸光軸若入射的是橢圓偏振光，經半波片，出來仍是橢圓偏振若入射的是橢圓偏振光，經半波片，出來仍是橢圓偏振光，但是旋轉的方向改變，而且橢圓的長軸轉過光，但是旋轉的方向改變，而且橢圓的長軸轉過2角。角。圓偏振光入射時，出射光是旋向相反的圓偏振光。圓偏振光入射時，出射光是旋向相反的圓偏振光。若入射的是圓偏振光若入射的是圓偏振光(已有已有/2)，經，經1/2波片波片(又有又有 )，出來仍是圓偏振光，但是出來仍是圓偏振光，但是左旋左旋右旋右旋(3)、四分

21、之一波片、四分之一波片(21)(21)/ 24oemmdnn線偏振光經線偏振光經1/4波片可以獲得橢圓或圓偏振光波片可以獲得橢圓或圓偏振光橢圓或圓偏振光橢圓或圓偏振光,經經1/4波片可以獲得線偏振光波片可以獲得線偏振光因為橢圓或圓偏振光的兩個垂直分量已經有了相位差因為橢圓或圓偏振光的兩個垂直分量已經有了相位差/2， 經經1/4波片以后，又有波片以后，又有/2的相位差，所以出來的就是相位的相位差，所以出來的就是相位差為差為0或或的線偏振光了。的線偏振光了。 A 0入入A0出出A入入A出出光軸光軸240，橢圓橢圓0線偏振光線偏振光( (只有平行于光軸的分量只有平行于光軸的分量) )2線偏振光線偏振

22、光( (只有垂直于光軸的分量只有垂直于光軸的分量) )4圓圓(o(o光光,e,e光分量的振幅相等光分量的振幅相等) )dnneo2022(0,1, 2,3,)oeemnn dmdnnm(21)(21)/ 24oemmdnn(21)(21)2oemmdnn波片都只是對某一特定波長的入射光產生某一確定的位相變化。波片都只是對某一特定波長的入射光產生某一確定的位相變化。 同時，入射在波片上的光必須是偏振光，自然光經波片后的出同時，入射在波片上的光必須是偏振光，自然光經波片后的出射光仍是自然光。射光仍是自然光。 為了達到改變偏振態的目的，應該使波片的快為了達到改變偏振態的目的，應該使波片的快( (慢慢

23、) )軸與入射光軸與入射光矢量有一定夾角，以便在兩個互相垂直的光矢量間引入一定的矢量有一定夾角，以便在兩個互相垂直的光矢量間引入一定的位相延遲。位相延遲。v3、偏振光的檢測、偏振光的檢測(鑒別鑒別)如何利用一塊檢偏器與一塊四分之一波片，鑒別線偏振光、圓偏振光、部分圓偏振光以及自然光、橢圓偏振光與部分橢圓偏振光、部分線偏振光？(1)、線偏振光的鑒別、線偏振光的鑒別轉動檢偏鏡，光強隨之改變。如果最弱時完全看不到光，再轉動檢偏鏡，光強隨之改變。如果最弱時完全看不到光，再轉過轉過9090度，光強就最大，可確定為直線偏振光。度，光強就最大，可確定為直線偏振光。尼科耳棱鏡可用于起偏和檢偏尼科耳棱鏡可用于起

24、偏和檢偏090(2)、分辨圓偏振光、部分圓偏振光與自然光、分辨圓偏振光、部分圓偏振光與自然光 轉動檢偏鏡，若透射光強度始終不變，入射光就是自然光或圓轉動檢偏鏡，若透射光強度始終不變，入射光就是自然光或圓偏振光，或由自然光與圓偏振光混合而成的部分圓偏振光。偏振光，或由自然光與圓偏振光混合而成的部分圓偏振光。 1、若是圓偏振光，那么通過四分之一波片后，便成為直線、若是圓偏振光，那么通過四分之一波片后，便成為直線偏振光。偏振光。要分辨這三種光，就應在光射達檢偏鏡前，使它先通過四分之要分辨這三種光，就應在光射達檢偏鏡前，使它先通過四分之一波片。一波片。2、若為部分圓偏振光，則通過四分之一波片后，就變成

25、直線、若為部分圓偏振光，則通過四分之一波片后，就變成直線偏振光與自然光混合而成的部分直線偏振光。這時轉動檢偏鏡偏振光與自然光混合而成的部分直線偏振光。這時轉動檢偏鏡可發現，當檢偏鏡在某一方位時，光特別亮，處于其他方位時可發現，當檢偏鏡在某一方位時，光特別亮，處于其他方位時都較暗，但卻不等于零。都較暗，但卻不等于零。3、若光是自然光，、若光是自然光， 則經過四分之一波片后，就不會變成直則經過四分之一波片后，就不會變成直線偏振光，也不會變成部分偏振光，仍為自然光。即轉動檢偏線偏振光，也不會變成部分偏振光，仍為自然光。即轉動檢偏鏡時，所見的光強度始終不變。鏡時，所見的光強度始終不變。 (3)、分辨橢

26、圓偏振光與部分橢圓偏振光、部分、分辨橢圓偏振光與部分橢圓偏振光、部分(線線)偏振光偏振光 在轉動檢偏鏡時，均可發現光線有時亮、有時暗，即使在轉動檢偏鏡時，均可發現光線有時亮、有時暗，即使在最暗時，透過光強也都不完全減弱到零。在最暗時，透過光強也都不完全減弱到零。 為區別這三種光，可將一個四分之一波片插入待檢驗的為區別這三種光，可將一個四分之一波片插入待檢驗的偏振光與檢偏鏡之間，并先使四分之一波片的光軸取向跟單偏振光與檢偏鏡之間，并先使四分之一波片的光軸取向跟單獨用檢偏鏡時看到最亮時的光振動方向一致。獨用檢偏鏡時看到最亮時的光振動方向一致。1、若是橢圓偏振光，、若是橢圓偏振光， 在通過四分之一波

27、片后，它便將變成在通過四分之一波片后，它便將變成線偏振光，因此可用檢偏鏡直接檢驗出來線偏振光，因此可用檢偏鏡直接檢驗出來(有兩個消光位置有兩個消光位置)。2、若是部分橢圓偏振光，、若是部分橢圓偏振光， 則通過四分之一波片后，將會變則通過四分之一波片后，將會變成部分線偏振光。在轉動檢偏器時，在某一方位，光特別亮，成部分線偏振光。在轉動檢偏器時，在某一方位，光特別亮，處于其他方位時都較暗，但卻不等于零。處于其他方位時都較暗，但卻不等于零。3、若是部分、若是部分(線線)偏振光，偏振光， 將四分之一波片轉過將四分之一波片轉過45度后，它度后，它應變成部分圓偏振光，檢偏器轉動時光強不變。應變成部分圓偏振

28、光，檢偏器轉動時光強不變。二、晶體中的旋光現象二、晶體中的旋光現象1、旋光現象、旋光現象當線偏振平面波在石英中沿光軸當線偏振平面波在石英中沿光軸方向傳播時，偏振方向隨著光波方向傳播時，偏振方向隨著光波的傳播而旋轉，即雖然在任何地的傳播而旋轉，即雖然在任何地點的振動方向不隨時間改變，但點的振動方向不隨時間改變，但在傳播途中的不同地點卻有不同在傳播途中的不同地點卻有不同的振動方向，如下圖，這種現象的振動方向，如下圖，這種現象稱為旋光。稱為旋光。旋光現象最早是在旋光現象最早是在1811年由阿喇果年由阿喇果(Arago)在石英晶片中觀察到的。稍后，在石英晶片中觀察到的。稍后，比奧比奧(Biot)在一些

29、液態物質中也觀察到同樣的現象。在一些液態物質中也觀察到同樣的現象。能產生旋光的物質稱為能產生旋光的物質稱為“旋光物質旋光物質”，或者說該物質具有，或者說該物質具有“旋光性旋光性”。除了。除了石英等單軸晶體外，某些立方晶體石英等單軸晶體外，某些立方晶體(如巖鹽如巖鹽)和雙軸晶體和雙軸晶體(如酒石酸如酒石酸)也有旋光也有旋光性。此外，一些有機物質的溶液，如蔗糖溶液和松節油，也具有旋光性。性。此外，一些有機物質的溶液，如蔗糖溶液和松節油，也具有旋光性。 2、旋光的一些特性、旋光的一些特性(1)旋光系數旋光系數 實驗發現，單色光振動方向的旋轉角度實驗發現，單色光振動方向的旋轉角度 與光在旋與光在旋光物

30、質中經過的距離光物質中經過的距離d成正比：成正比：d比例系數比例系數 表示單位距離引起的旋轉角，稱為表示單位距離引起的旋轉角，稱為“旋光系數旋光系數”。對于確定的物質和確定的光波波長，旋光系數是一個常數。對于確定的物質和確定的光波波長，旋光系數是一個常數。for589.3nm21.7 / mm0.37 / mm石英松節油，；旋光溶液旋光溶液 值與旋光溶質的濃度有關。值與旋光溶質的濃度有關。 (2)右旋和左旋右旋和左旋 線偏振光在不同的旋光物質中傳播時，振動的旋線偏振光在不同的旋光物質中傳播時，振動的旋轉方向可能不同。迎著光波傳播方向觀察時，若振動轉方向可能不同。迎著光波傳播方向觀察時，若振動沿

31、順時針方向旋轉，則稱物質是沿順時針方向旋轉，則稱物質是“右旋的右旋的”；若振動；若振動沿逆時針方向旋轉，則稱物質是沿逆時針方向旋轉，則稱物質是“左旋的左旋的”。00石英、蔗糖溶液等旋光物質，本身都石英、蔗糖溶液等旋光物質，本身都可以分成右旋和左旋兩類，如右旋石可以分成右旋和左旋兩類，如右旋石英和左旋石英，它們的分子組成相同，英和左旋石英，它們的分子組成相同，都是都是SiO2，但分子的排列結構是鏡象，但分子的排列結構是鏡象對稱的。反映在晶體的外形上也是鏡對稱的。反映在晶體的外形上也是鏡象對稱的，如下圖。象對稱的，如下圖。如果規定沿順時針方向旋轉的角度為正，反之為負，則右旋如果規定沿順時針方向旋轉

32、的角度為正，反之為負，則右旋物質的物質的 ，左旋物質的，左旋物質的 。(3)旋光色散旋光色散 實驗指出，旋光系數的大小與光波的波長有關。這實驗指出，旋光系數的大小與光波的波長有關。這個現象稱為個現象稱為“旋光色散旋光色散”。 與與 的關系可以由下述經驗公式近似表示：的關系可以由下述經驗公式近似表示：上式右端括號前的正負號由右旋或左旋確定，上式右端括號前的正負號由右旋或左旋確定，A和和B是兩個大是兩個大于零的物質常數。于零的物質常數。2()BA+ 這個關系式表明，這個關系式表明， 的絕對值隨的絕對值隨 的增大而減小。在同樣的的增大而減小。在同樣的傳播過程中，紅光振動方向的旋轉角度比藍傳播過程中，

33、紅光振動方向的旋轉角度比藍(紫紫)光的小。光的小。紅紅紫紫400700204060(nm)226.5404.7435.8486.1546.1589.3643.8201.948.9541.5532.7625.5421.7218.02(nm)()mm右旋石英的旋光系數右旋石英的旋光系數左旋石英的旋光系數分別與表中列出的數值大小相同，但均左旋石英的旋光系數分別與表中列出的數值大小相同，但均為負值。為負值。 3、旋光現象的菲涅耳解釋、旋光現象的菲涅耳解釋左旋圓偏振光和右旋圓偏振光在旋光物質中的傳播速度和對應左旋圓偏振光和右旋圓偏振光在旋光物質中的傳播速度和對應的折射率都不相同。的折射率都不相同。菲涅耳

34、預測、實驗證明的事實菲涅耳預測、實驗證明的事實分別用分別用VR和和VL表示右旋偏振光和左旋偏振的光位相速度，用表示右旋偏振光和左旋偏振的光位相速度，用nR和和nL表示相應的折射率，則對于旋光物質有：表示相應的折射率，則對于旋光物質有：VRVL， nRnL012Dj 今考察兩個振幅相同的圓偏振光，一為左旋、一為右旋，用今考察兩個振幅相同的圓偏振光，一為左旋、一為右旋，用Jones矩陣表示為：矩陣表示為：jDjDD121201000012Dj左旋圓偏振光左旋圓偏振光右旋圓偏振光右旋圓偏振光顯然有：顯然有：即，它們疊加形成線偏振光即，它們疊加形成線偏振光這兩個圓偏振光射入一旋光透明物體，沿光軸方向，

35、物體沿光這兩個圓偏振光射入一旋光透明物體，沿光軸方向，物體沿光軸方向厚度為軸方向厚度為d，則兩個偏振光出射時增加的位相分別為：，則兩個偏振光出射時增加的位相分別為：0022LRn dn d和出射的兩個圓偏振光的出射的兩個圓偏振光的Jones矢量分別為：矢量分別為：0012exp2LDjn dj 0012exp2RDjn dj顯然有：顯然有：000000001122expexp22cos(-) exp(+) sin(-) LRLRLRLRDDjn djn djjnndDjnndnnd 000000001122expexp22cos(-) exp(+) sin(-) LRLRLRLRDDjn djn djjnndDjnndnnd 顯然，這是一個與顯然，這是一個與x軸夾角為軸夾角為 的線偏振光的線偏振光0(-)LRnnd這個過程說明，線偏振光在旋光透明物體內沿光軸傳播距離這個過程說明，線偏振光在旋光透明物體內沿光軸傳播距離d后，振動方向轉動一定的角度，即：后，振動方向轉動一定的角度，即：00180(-) (rad/ mm) =(-) ( /mm)LRLRnndnnd于是，線偏振光在旋光透明物質內的旋光現象得以解釋于是，線偏振光在旋光透明物質內的旋光現象得以解釋D0