旋光现象分析与应用探究

大庆师范学院数学学院

论旋光效应

专业数学与应用数学

学生姓名靳雪松

学号 201205010239

指导教师姓名杨瑞

2014年6月25日

目录

摘要 (1)

关键词： (1)

Abstract: (1)

Key words: (1)

1.引言 (2)

1.1旋光问题的研究背景 (2)

1.2旋光效应的研究现状 (2)

2旋光理论基础 (3)

2.1菲涅耳对旋光性的解释 (4)

参考文献: (8)

致谢 (8)

摘要：

旋光问题是光学研究的一个基本问题，旋光效应已渗透到很多学科中，具有广泛的应用.本论文首先对旋光的基本理论进行综述，包括菲涅耳对旋光性的解释，偏振光理论，偏振光的旋光效应，旋光色散理论。最后对旋光效应的应用作了简要的介绍。主要介绍了微位移测量，糖浓度检测和油雾浓度检测等应用。

关键词：旋光效应；菲涅耳；偏振光；自然旋光；磁致旋光；旋光色散

Abstract:The study of optical rotation is a basic study in optical research .With the widespread applications, the optical rotation has spreaded into lots of subjects.Frist this essay summarises the the basic theories, including Fresnel on optical rotation、the theory of polarization of light、optical rotation effect of polarized light 、the theory of dispersion optical rotation . Final, this essay introduces the applications of the optical rotation effect further. In terms of the application of the optional rotation, this paper mainly introduces the micro displacement measurement, sugar concentration detection and oil mist concentration detection applications.

Key words: optional rotation effect；Fresnel；polarized light natural optical；magnetic rotation；rotatory dispersion

1.引言

1.1旋光问题的研究背景

1811年,阿喇果（Jago)在研究石英晶体的双折射特性时发现:一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时,其振动平面会相对原方向转过一个角度。由于石英晶体是单轴晶体,光沿着光轴方向传播不会发生双折射,因而阿喇果发现的现象应该属于另外一种新现象,这就是晶体中的旋光现象。稍后,比奥(Biot)在一些蒸汽和液态物质中也观察到了同样的旋光现象。

1.2旋光效应的研究现状

旋光问题是光学研究的一个基本问题，旋光效应具有广泛的应用，近年来人们对旋光问题在理论上和应用上进行了广泛的探讨，已取得了许多有价值的成果[1～14]. 2004年，尹鑫等研究了晶体的旋光性与电光效应的交互作用以及此交互作用对旋光晶体电光Q开关的影响[1]；黄海等对磁致旋光效应和磁光玻璃磁致旋光效应的机理进行了探讨，对ZF1、ZF6磁光玻璃的磁致旋光效应分别进行了实验研究,给出偏振面旋转角与磁感应强度的关系,计算出波长不变情况下不同磁感应强度的费尔德常数(Verdet) [2]；张为权导出了的斜入射时晶体的相移公式，并用其研究了相移随入射角和方位角的改变[3]. 2005年，高军伍等提出一种利用磁致旋光效应测量脉冲大电流的方法[4]；田召兵等通过对硅酸镓镧旋光晶体中电光效应和旋光效应对光的偏振态影响的研究,推导出了处于外加电场中的旋光晶体中光的传播方程的表达式,以及透过光强的表达式,并利用几种简单的光学器件在实验上得到了很好的验证[5].2006年，李彪等研究了基于晶体旋光效应的近场光学空间滤波问题，其指出采用偏振光检偏法选择不同空间频率光束的通过与阻挡,可以实现激光光束的近场空间滤波,用多个滤波器串接构成滤波器组,可提高光束空间窄带滤波性能[6]. 2007年初，任广军等利用矩阵方法分析了液晶的旋光效应,导出了液晶旋光的矩

阵表示，利用JG-3型连续可调谐磁场仪搭建实验装置,红外1350nm 激光器做光源,测量了偏振光通过磁场作用下BL-009型向列相液晶的旋光角,详细分析了磁场对液晶旋光性能的影响，这对更好地研究液晶的旋光特性以及液晶器件具有重要的参考价值[7].2008年，王益军等应用法拉第磁光效应原理,提出利用磁致旋光估测磁场的方法,提高了磁场测量的效率,获得了磁场的直观分布[8].2009年，罗涛等通过对左旋和右旋偏振光判别方法的研究，推导出圆偏振光的合成条件，并且得到了平面偏振光合成椭圆偏振光时的长短轴公式,以及椭圆偏振光左旋和右旋在相位差上的判别方法[9]；王建华等研究聚合物分散液晶旋光性能，用旋光仪测量温度作用下手性聚合物分散液晶的旋光性变化,结果与de Vries理论相一致[10]。2010年，戴玉梅等激光综合光学实验仪拓展应用的研究，完成利用激光综合光学实验仪测得蔗糖溶液的旋光度与其浓度成正比关系,并利用该关系进行未知浓度蔗糖溶液浓度测量的拓展实验研究[11]；张昕明等对近红外波段石英晶体旋光率的测试研究，测出了石英晶体在近红外波段的旋光率[12];刘竹琴等研究了利用光强分布测试仪测量蔗糖溶液的旋光率及其浓度，用光强分布测试仪测量光强, 采用数字检流计采集数据, 通过马吕斯定律计算出旋光度, 从而求出蔗糖溶液的旋光率及其浓度[13]；刘建霞等研究石英晶体旋光折射率特性，分析了在834～841 nm 波长处右旋光和左旋光的折射率差值的特性，并通过实验验证，得出了在该波长范围内右旋光和左旋光的折射率差值近似为一个常数，旋光率与右旋光和左旋光折射率差值近似无关[14]

2旋光理论基础

本章介绍了偏振光以及旋光性质的理论基础，以及整个测试系统所需要的基本公式。