南京大学张学进光学chapt55

1、15-10 偏振光的干涉偏振光的干涉 -干涉色干涉色(interference colors) 1. 偏振光干涉实验偏振光干涉实验 两光波发生干涉的条件：（1）频率相同； （2）位相差恒定； （3）振动不相互垂直。 一个线偏振光入射到波片（晶片）内，产生的o光和e光满足前两个条件， 但是由于相互垂直而不能干涉。2eoeeeoeeoeeooeeeeeeeei合成光振动的振幅:eei光强:eoii o光和光和e光光不能不能直接直接干涉干涉 003观察屏xyp2透射轴y(慢轴）两个垂直振动分量的光波通过偏振片p2，则透射光的振动是两个垂直振动在透射轴方向的投影分量 的迭加透射轴p1晶片x(快轴)自然

2、光偏振光的干涉偏振光的干涉 4iii. 快光和慢光在第二个偏振片p2 的透射轴方向上分别投影;偏振片p2ba ay(慢)x(快)i.第一个偏振片 p1 产生线偏光;偏振片p1a1oii.线偏光在晶体内分为e光和o光（快光和慢光）;a1sinaa1cosaiv. 通过检偏器 p2后,快光和慢光在p2上的投影分量相互叠加;5偏振片p2by(慢)x(快)a aa慢=a1sinaa快=a1cosa偏振片p1a1ocoscossin2 sincos22222慢快慢快aaaaei+=干涉项干涉项 强度： p2 透射方向上的两个投影分量迭加后的合振幅： sincos慢快aeaeie6p2by(慢)x(快)a

3、 ap1a1ocossinsincoscos2 sinsincoscos21222221aa利用三角公式： sinsincoscoscos2sin21cos2cossin22sin和2sin2sin2sincos221221aaia快=a1cosaa慢=a1sinacoscossin2 sincos2222慢快慢快aaaai7因此，将各向异性材料夹在两偏振片间成为三明治式的构造，用自然光照射，可以观察到偏振光的干涉图示：光轴平行于晶体表面时的偏振光干涉 82. 偏振光干涉的规律偏振光干涉的规律 p1a1oi.单色光通过偏振片p1后在透射轴方向上振动的振幅表示为： tieae11y(慢)x(快)

4、a aa1sinaa1cosaii.通过晶片后，快慢轴方向上振动分量分别为： tieaecos1快tieaesin1慢和p2biii. 通过偏振片 p2 后，快慢分量在透射轴方向上的投影分别为： cos快esin慢e和9p2by(慢)x(快)a aa1sinaa1cosap1a1oiv. 通过偏振片p2后光波的振动振幅： 2ei cossinsincoscos2sinsincoscos21222221aav.通过偏振片p2后的强度： sincos慢快eeetitieaeasinsincoscos11e利用三角公式： sinsincoscoscos2sin21cos2cossin22sin和2s

5、in2sin2sincos221221aai102sin2sin2sincos221221aaidnneo2背景项(malus定律) 干涉项11 p1 | p2：2sin2sin222121|aai2sin2sin2221ai p1 p2：2sin2sin2sincos221221aai偏振光干涉强度：互补互补 (亮背景)(暗背景)12 某些波长干涉极大 另一些波长干涉极小(消光) 干涉强度偏色 2sin2sin2sincos221221aaivi. 干涉色： dnneo2干涉色材料参数（厚度、折射率等）的不均匀显示不同的颜色分布 13图示：干涉色及互补色上图：未放检偏器下图：两个检偏器偏振方

6、向相互垂直14图示：干涉色及互补色演示 某些物质（如石英、氯酸钠、糖的水溶液、酒石酸溶液、松节油等）具有能使线偏振光的振动面发生旋转的性质，称为旋光性 (optical activity)。振动面旋转的角度： a 旋光率(specific rotation)，它取决于入射光的波长和旋光物质的性质。d 5-10 旋光性旋光性(optical activity) 什么样结构的物质才能使偏光的振动方向发生旋转呢？在了解这个问题之前，我们首先讨论手性（chirality）的概念。1848年，法国科学家巴斯德（louis pasteur）为了获得酒石酸盐结晶方面的数据，在重复前人的实验时，发现了一种有趣

7、的现象：没有旋光性的酒石酸是由两种结构极为相似的两种晶型混合而成，它们的结构非常相似，但不相同，也不能完全重叠，就好像人的左右手一样，外表非常相似，但不能完全重叠。他用放大镜和镊子细心地将这两种晶体分离，分别溶于水后测其旋光度，发现它们均具有旋光度，如果将它们混合后，则旋光度为零。经过对这两种晶体分析，他发现它们之间的关系就好像人的左右手一样，一种结构是另一种结构的镜像。即它们互为实物与镜像关系。实物与其镜像不能重叠的特性，称为物质的，具有手性的分子叫手性分子。凡具有手性的分子都有旋光性。没有手性的分子没有旋光性，因此，物质的手性是判断其是否具有旋光性的必要条件。 旋光性物质的旋光度的大小决定

8、于该物质的分子结构，并与测定时溶液的浓度、盛液的长度、测定温度、所用光源波长等因素有关。为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的大小，一般用比旋光度来表示。比旋光度与从旋光仪中读到的旋光度关系如下。 旋光度c 旋光性物质的浓度（g/ml），若为纯液体，则为其密度 l 盛液管的长度（dm） t 测定时溶液的温度 光源的波长，因通常用钠光为光源，故也可用d表示在表示测定的结果时，还需要注明所使用的溶剂。 lct 我们可通过测定物质的旋光度来计算溶液的浓度；也可用己知浓度的化合物溶液通过测定其旋光度，计算其比旋光度，作为物质定性鉴定的依据。191、旋光现象、旋光现象 在双折射晶体中，沿光轴传播时，不发生

9、双折射，但对某些晶体（如石英）和一些溶液（如糖溶液）会发生另一种现象 线偏振光的振动方向旋转-旋光旋光 旋光现象 旋光演示20实验发现，直线偏振光通过旋光物质时，光振动旋转的角度与通过的距离成正比： da：旋光系数，与波长、材料性质（如溶液浓度）有关 石英： mm/7 .21nm589omm/9 .48nm405omm/21515nm2o21 溶液浓度不同-旋转角度不同浓度测量d旋光演示dq22夹在两偏振片中间时，白光入射，透射光偏色- 旋光色散 波长不同-旋转角度不同23 左旋物质：迎光看时，振动方向左旋，氨基酸是蛋白质的基本组成单位，存在于自然界的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基

10、酸仅有20种，且均属l-氨基酸，即左旋氨基酸， 右旋物质：迎光观察，振动方向右旋（顺时针），手性分子如 葡萄糖溶液、 dna、 rna 如：果糖溶液、组成人体蛋白质的氨基酸24 石英既有左旋石英，也有右旋石英；两者旋光手性相反，物质结构彼此镜像对称。 旋光异构现象 252、旋光现象的解释、旋光现象的解释fresnel 假设：（2）右旋物质中的右旋光速度快，左旋 物质中的左旋光速度快-圆双折射；（3）通过物质后，两圆偏振光合成的直线 偏振光的振动方向发生旋转。（1）线偏振光可分解成左旋圆偏光和右旋圆偏振光的叠加；26例、证明：一个线偏振光可等价为两个圆偏振光的合成。 左旋圆偏 右旋圆偏 110s

11、incos2knztjknztie110sincos2knztjknztie改写10cosknzteiez = z1 处, 一个在 x方向上振动的入射线偏振光可表示为：/2k其中27在旋光物质中，左旋圆偏光和右旋圆偏光的传播速度分别为 vl 和 vr, 折射率分别为nl 和 nr，则在物质中传播到 z = z2 处时(令 z2-z1= d ): dkntjdkntieellsincos20dkntjdkntierrsincos202cos2cos2coscos2sin2cos2sinsin和sincos2cos0jidnnkterldnnkjdnnkidnnkteelrlrrl2sin2cos

12、 2cos028vl vr, nl 0 dnnklr2sincos2cos0jidnnkteerl左旋物质： 右旋物质： vl nr q 0 左旋石英中的旋光29左左 右右 右右线偏线偏振光振光右旋圆偏振光左旋圆偏振光菲涅耳旋光理论的实验验证菲涅耳旋光理论的实验验证旋光仪广泛用于医药、食品、有机化工等各个领域，如：农用抗菌素、家用激素、微生物农药及农产品淀粉含 量等成份分析。：抗菌素、维生素、葡萄糖等药物分析，中草药药理研 究。食品食品：食糖、味精、酱油等生产过程的控制及成品检查，食 品含糖量的测定。：矿物油分析、石油发酵工艺的监视。：香精油分析。：医院临床糖尿病分析。31糖溶液的旋光旋光演示

13、32 左右旋圆偏振光叠加原理的应用* 非均匀偏振光束的产生33线偏振光 xzyv,xyitkze r te ie je 椭圆偏振光zexyv,xyitkzie r te iejee 径向偏振光, itkze r te rer 均匀偏振光非均匀偏振光v径向e偏振光演示 核酸是遗传信息的携带者和传递者，分为核糖核酸(rna)和脱氧核酸(dna)两种。右上图是dna分子双螺旋结构模型，通常是右旋的。这正是生物大分子的手性特征。生物体内化合物的这种左右不对称性正是生命力的体现。维持这种左右不平衡状态的是生物体内的酶，生物一旦死亡，酶便失去活力，造成左右不平衡的生物化学反应也就停止了。由此可见，生命与分子的不对称性息息相关。问题是地球上生命发源之初，左右对称性的破缺是怎样开始的？即分子手性的起源是什么？生物的起源是什么？这些都是有待人们去研究的谜。 生命的基本物质是生物大分子，它包括蛋白质、核酸、多糖和脂类。其中蛋白质是生命功能的执行者，其分子是右氨基酸组成的长链。每种氨基酸都应有l、d(l(livo)和d(dextro)分别表示左、