哈尔滨工程大学-光学（波动课件）5.ppt

1、第六章光偏振光(2)符合折射规律和反射规律(3)沿各方向折射率相同(否)、传播速度相同，紧急光(e光) :是振动面与自己的主平面平行的线偏振光. 折射率因方向而异，传播速度也不同。 沿着光轴方向的折射率和速度no和o光相同。 与光轴垂直的方向的折射率ne. no和ne为结晶的主折射率。 晶体分为正晶体和负晶体. neno的晶体称为正晶体.石英. neno的晶体称为负晶体.方解石那样.光是晶体中的体波面，O-xyz是方解石晶体内的三维坐标，在t=0时从原点发出的光振动，t o光的波面图是球面是以1/no为短轴、以1/ne为长轴的椭圆、空气、结晶、例题2 :方解石、光轴、以AC/no为半径的圆、以

2、AC/no为结晶、例题4、加拿大橡胶、偏振棱镜、加拿大橡胶、钠介于方解石的ne=1.486和no=1.658之间，进入晶体进行双折射，格兰顿森，直线偏振光通过l/4波片后成为椭圆，经过补偿器后两偏振光之间的相位差：偏振光的干涉，1，P1P2，它们之间的相位差：晶体双折射，投影，2，P1P2 当P1P2满足透明条纹条件时从P1P2到P1P2观察到的明暗互补、等厚条纹、条纹间距离：卡尔效应：的各向同性的透明介质(例如非晶体和液体)在外部电场的作用下显示双折射现象，被称为卡尔效应。 施加电场破坏溶液的各向同性，产生各向异性，产生双折射，经由光轴方向与电场方向平行的、长度为l的电场区域，克尔效应引起的

3、附加相位差如果在透射P2的光强度：该值和零值之间变换电压，则车箱可以开启、关闭光路当箱中的电极与调制信号电压接触时，通过P2的光强度根据信号电压的变化而变化，但是这时的箱是光调制器。 克尔效应基本没有延迟时间，随着外部电场变化的应答时间极短，为10-9 s，因此可以制作高速快门和光调制器等，被用于高速摄影、电影电视、激光通信等领域。 图示泡克耳斯效应装置(光传播方向与电场平行)、P1 P2； 透明电极和结晶是单轴结晶，光轴沿着光的传播方向(不施加电场时无双地折射)。 施加电场晶体在双轴晶体的原光轴方向上变化，附加双折射效果。 泡沫效应引起的n与施加电场成比例，*泡克耳斯效应：noo光在结晶中的

4、折射率、v电压、电光常数。经过长度为l的电场区域，在克尔效应引起的附加相位差为：=的情况下，P2透光最强。 磷酸二氢钾(KH2PO4，简称KDP )、磷酸二氢胺(NH4H2PO4，ADP )等单晶均具有线性电光效应。 例如，KDP晶体相对于=546nm的绿色光，在no=1.51、=10.610-12 m/V、=的情况下，半波电压V=7600V，因此，对该巨箱要求的电压相当低。泡克尔斯效应的开关响应时间也极短，一般不足10-9s，超高速开关、激光调q、显示技术、数据处理、*旋光现象、物质的旋光性物质(例如石英、氯酸钠、糖的水溶液、酒石酸溶液、松节油等)成为线偏振光，振动面旋转的角度： 任何一种圆

5、偏振光和椭圆偏振光都可以分解为2个相同频率，振动方向相互正交，并且是具有稳定相位关系的直线偏振光。 可以将任意的线偏振光分解为2个同一频率的左右旋转、振幅相等、具有稳定的相位关系的圆偏振光。 旋光现象说明是在旋光晶体中左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的传播速度不同，即两偏振光状态的折射率不同的左旋偏振光和右旋偏振光通过厚度d的晶体，两者经历的光路不同，与此相应地产生不同的相位延迟：对于圆偏振光，相位延迟意味着光矢量的旋转角的后退提供一种典型的器件，其中旋转角后退、相位延迟旋转角后退、结晶后面合成的线性偏振光矢量产生l、r夹角的二等分线2 .圆偏振光。 磁光效应法拉第(Michael Faraday，

6、17911867 )伟大的英国物理学家化学家。 法拉第出身贫寒，自学成才，工作勤奋，热心科普工作，是实验高手。 他发现了电磁感应现象、法拉第电解定律和磁旋光效应，提出了力线和场的概念，主张自然界的各种力量相互关系，反对过度作用。 J.C .麦克斯韦电磁场理论是基于法拉第的工作建立的。 法拉第的主要萩作有电气实验研究、化学和物理学实验研究、日记。 1845年8月，法拉第研究了电和磁对偏振光的影响，9月对过去开发的重玻璃进行了实验，结果表明，原本没有旋光性的重玻璃在强磁场的作用下产生旋光性，使偏振光的偏振面偏转。 这是人类第一次认识到电磁现象和光现象的关系。 磁光效应后来被称为法拉第效应。 在两个

7、透射方向正交的偏振片之间沿着光的传播方向放置螺线管，并且在螺线管中插入测量的透明介质样本。 单色平行自然光通过偏振镜m后成为线偏振光，如果螺线管没有接通电源，则透明介质样品没有旋光性，透射光被检光镜n完全遮断。 当电磁线圈接通电源时，电介质样品由于强磁场产生旋光性，所以从偏振片n射出光。 此时，如果使n旋转某一角度q，则会产生新的猝灭，表示从电介质样品出射的光保持直线偏振光，其振动面相对于入射偏振光的振动面旋转了角度q。 已知磁旋光效应中的振动面的旋转角q与光通过介质中的距离l成比例，介质内的磁感应强度b，即q=vlB式中的v是比例系数，被称为维尔德常数，由介质的性质决定，与入射光的波长也有关

8、。 实验表明，磁致伸缩性和天然旋光性存在差异。 天然旋光性的右旋和左旋依赖于物质的结构，与光的传播方向无关，磁致伸缩性的右旋和左旋与对于磁场的光的传播方向有关，如果光在磁场方向传播是左旋，则违反磁场方向传播是右旋。 因此，直线偏振光往复2次通过天然旋光物质，振动面返回原来的方位。 另一方面，直线偏振光在磁旋光物质往复2次的情况不同，但光在磁场方向上通过，振动面向左旋转q角后，如果它沿着原路径逆着磁场向右旋转，则物质向右旋转，振动面进行q角旋转，由此，在同一物质的振动面上往复2次，旋转2q角。磁光学器件的这种性质可以用于制造诸如光隔离器、光调制器等等的设备。 在理解由于旋光性和物质分子结构的关系

9、，什么结构的物质能够旋转偏振的振动方向这个问题之前，我们首先探讨手性的概念。 1848年，法国科学家巴斯德(Louis pasteur )为了得到有关酒石酸盐结晶的数据，重复先人的实验时，没有旋光性的酒石酸是由两种结构极为相似的两种结晶类型混合而成，它们的结构非常相似，但是不同，完全重合他用放大镜和镊子仔细分离这2种结晶，分别溶于水后测量了旋转光度，它们都具有旋转光度，将它们混合后，旋转光度为零。 经过这两个晶体分析，他发现它们的关系像人的左右手，一个结构是另一个结构的镜像。 也就是说，它们相互之间是实物和镜像的关系。 实物与其镜像不重叠的特性被称为物质的手性，具有手性的分子被称为手性分子。

10、手性分子都具有旋光性。 由于没有手性的分子没有旋光性，所以是判断物质的手性是否具有旋光性的必要条件。 旋光性物质的旋转光度的大小由该物质的分子结构决定，与测定时的溶液浓度、盛液长度、测定温度、使用光源波长等因素有关。 为了比较各种旋光性物质的旋转光度的大小，一般用比旋转光度表示。 从比旋转光度和旋转光修正部读取的旋转光度的关系如下所示。 旋转光度c的旋光性物质的浓度(g/ml )是纯液体，是其密度l的盛液管的长度(dm) T测定时的溶液的温度光源的波长，通常以钠光为光源，所以，显示测定结果时使用的溶剂也需要用d表示。 通过测定物质的旋转光度可以修正计算溶液的浓度通过使用已知浓度的化合物溶液测定

11、其旋转光度，计算其比旋转光度，也可以作为物质定性鉴定的依据。 旋转计广泛用于医药、食品、有机化学工业等各个领域，如农业：农业用抗生素、家庭用激素、微生物农药及农产品淀粉的含量等成分分析。 医药：抗生素、维生素、葡萄糖等药物分析，中药药理研究。 食品：糖、味增汤、酱油等生产过程的控制和产品检验，食品糖度的测定。 石油：矿物油分析，石油发酵过程监控。 香料：精油分析。 医卫：医院临床糖尿病分析。 旋光和生命的起源、核酸是遗传信息的携带者和传达者，分为核糖核酸(RNA )和脱氧核酸(DNA )两种。 右下图为DNA分子双螺旋结构模型，通常为右旋。 这是生物高分子的手性特征。 生物体内化合物的这种左右

12、不对称性是生命力的表现。 维持这种左右不平衡状态的是生物体内的酶，生物死亡后酶失去活力，引起左右不平衡的生化反应也停止。 由此可见，生命与分子的非对称性密切相关。 问题是地球上的生命发生源的开始，左右对称性的破坏是如何开始的即分子的手性的起源是什么？ 生物的起源是什么？ 这些都是人们必须研究的谜。 生命的基本物质是生物大分子，包括蛋白质、核酸、多糖类、脂质。 其中蛋白质是生命功能的执行者，其分子是由右氨基酸组成的长链。 各种氨基酸需要l、D(L(livo )和D(dextro )分别表示左右型旋光异构体)两种旋光异构体。 但实验证明，构成生物蛋白的20种氨基酸均为l型，d型氨基酸仅存在于细菌细

13、胞壁和其他细菌产物中。 年轻人的眼球是黑色的，明亮，随着年龄的增长眼球变成灰色，浑浊。Masters报道，人眼球晶核内的d -海藻酸每年积累0.14，也就是说，海藻酸从l变为d的消旋作用也是生命老化过程的一部分。 因此，探索氨基酸外消旋速度下降的因子，抑制蛋白质老化，对延长人和哺乳动物的寿命具有重要意义。 旋光和生命老化、氨基酸地质年代学、氨基酸地质年代学是利用化石中氨基D/L比测定年代的科学。 其基本原理是生命体死后，只含有生命体内L-氨基酸的酶也同时维持失去活性。 从此，L-氨基酸开始慢慢转化为D-氨基酸，开始缓慢地消旋作用，反应遵循一次可逆动力学规律。 外消旋程度(DL )与时间的关系如下：式中，DL为化石中的d氨基酸和l氨基酸，k为反应速