文档介绍：关于磁光效应及其应用
第一页，本课件共有27页
晶体的旋光效应
自然旋光现象
2. 自然旋光现象的理论解释
3. 自然旋光现象的实验验证
第二页，本课件共有27页
自然旋光现象
1811 年, 阿喇果(Arago)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，如图 5-18所示。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属另外一种新现象，这就是旋
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。
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实验证明，一定波长的线偏振光通过旋光介质时，光振
动方向转过的角度θ与在该介质中通过的距离l成正比，
θ=αl
比例系数α表征了该介质的旋光本领，称为旋光率，它与光
波长、介质的性质及温度有关。
介质的旋光本领因波长而异的现象称为旋光色散，石英
晶体的旋光率α随光波长的变化规律如图 5-19 所示。
例如，石英晶体的α在光波长为 ，为49°/mm；
，为31°/mm； μm时，为16°/mm；而胆甾
相液晶的α约为18 000°/mm。
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图 5-18 旋光现象
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图 5-19 石英晶体的旋光色散
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对于具有旋光特性的溶液，光振动方向旋转的角度还与
溶液的浓度成正比，
式中,α称为溶液的比旋光率；c为溶液浓度。在实际应
用中,可以根据光振动方向转过的角度,确定该溶液的浓度。
θ=αcl
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实验还发现，不同旋光介质光振动矢量的旋转方向可能不
同，并因此将旋光介质分为左旋和右旋。当对着光线观察时，
使光振动矢量顺时针旋转的介质叫右旋光介质，逆时针旋转的
介质叫左旋光介质。例如，葡萄糖溶液是右旋光介质，果糖是
左旋光介质。自然界存在的石英晶体既有右旋的，也有左旋
的，它们的旋光本领在数值上相等，但方向相反。之所以有这
种左、右旋之分，是由于其结构不同造成的，右旋石英与左旋
石英的分子组成相同，都是SiO2，但分子的排列结构是镜像对
称的，反映在晶体外形上即是图 5-20 所示的镜像对称。
正是由于旋光性的存在，当将石英晶片(光轴与表面垂直)
置于正交的两个偏振器之间观察其会聚光照射下的干涉图样
时，图样的中心不是暗点，而几乎总是亮的。
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图 5-20 右旋石英与左旋石英
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——菲涅耳假设
1825 年，菲涅耳对旋光现象提出了一种唯象的解释。
按照他的假设，可以把进入旋光介质的线偏振光看作是右旋
圆偏振光和左旋圆偏振光的组合。
菲涅耳认为：在各向同性介质中，线偏振光的右、左旋
圆偏振光分量的传播速度vR和vL相等，因而其相应的折射率
nR = c/vR 和nL = c/vL 相等；在旋光介质中，右、左旋圆偏
振光的传播速度不同，其相应的折射率也不相等。
在右旋晶体中，右旋圆偏振光的传播速度较快，vR > vL
(或者nR < nL)；在左旋晶体中，左旋圆偏振光的传播速度较
快，vL > vR (或者nL < nR) 。根据这一种假设，可以解释旋
光现象。
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