旋光现象
旋光效应
旋光效应一、实验原理偏振光通过某种物质后，其振动面将以光的传播方向为轴线转过一定的角度，这种现象叫做旋光现象。
旋转的角度称为旋光度。
凡能使线偏振光通过后将其振动面旋转一定角度的物质，称作旋光性物质。
旋光性物质不仅限于像石英、朱砂等固体，还包括糖溶液、松节油等具有旋光性质的液体。
不同的旋光性物质可使偏振光的振动面向不同方向旋转。
若面对光源，使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质；使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质。
旋光度：平面偏振光通过含有某些光学活性的化合物液体或溶液时，能引起旋光现象，使偏振光的平面向左或向右旋转，旋转的度数，称为旋光度（用α表示）。
比旋度：平面偏振光透过长1dm 并每1ml 中含有旋光性物质1g 的溶液，在一定波长与温度下测得的旋光度称为比旋度（用αD t表示）。
旋光度不仅与化学结构有关，还和测定时溶液的浓度、液层的厚度、温度、光的波长以及溶剂有关。
αDt L C100α=×D 为钠光谱的D 线 t 为测定时的温度 α为测得的旋光度 L 为测定管的长度（dm ）C 为每100ml 溶液中含被测物质的重量（g，按干燥品或无水物计算） 二、实验仪器WXG-4型圆盘旋光仪样品管：钠光灯源焦距调节旋钮样品管放置处调节旋光度数值旋钮调节旋光度数值旋钮 三分视场观察窗口示数刻度窗旋光仪的基本部件：单色光源、起偏镜、测定管、检偏镜、检测器等五个部分。
原理：在起偏镜与检偏镜之间未放入旋光物质之间，如起偏镜与检偏镜允许通过的偏振光方向相同，则在检偏镜后面观察的视野是明亮的；如在起偏镜与检偏镜之间放入旋光物质，则由于物质 旋光作用，使原来由起偏镜出来的偏振光方向旋转了一个角度α，结果在检偏镜后面观察时，视野就变得暗一些。
若把检偏镜旋转某个角度，使恢复原来的亮度，这时检偏镜旋转的解度及方向即是被测供试品的旋光度。
构造原理：晶轴晶轴目镜αα光源 起偏镜 偏振光 盛液管旋转后的 检偏镜 通过检偏镜 偏振光 的偏振光三分视场：旋光仪的起偏片后中部位置会安装有一个劳伦特石英片，穿过它的光大概占视野的三分之一，因为石英片在中部所以这束光出现在视野的中间位置。
南理工物理光学05-09
i 0
i 0
2 L / ns2 1
2 L / ns2 1
1、布拉格声光衍射
入射波 （） A
O B O’
布拉格衍射波 （ + s ）
声波波面 （ s ）
i B 2k sin B mks
布拉格衍射
2、喇曼--奈斯声光衍射
m= +1
3）合成复振幅
1 1 ik L d 1 1 ik R d E E L E R e e 2 i 2 i 1 i ( k L k R ) d / 2 1 i ( k R k L ) d / 2 1 i ( k R k L ) d / 2 e e e 2 i i
4、磁致旋光效应： 磁致旋光效应（1864年， 法拉第效应）：在强磁场的作用下， 本来不具有旋光效应的物质产生了旋光性质。 即：在强磁场的作用下，物质的光学性质发生变化。 B P
旋转的角度 磁感强度
A
VBl
法拉第效应
物质特性常数 物质厚度
5、磁光效应的应用： （1）单通光闸 利用旋光方向和光的传播方向无关的特性
4）讨论： 若左旋圆偏振光传播速度快，vL>vR，nL<nR， >0， 光矢量向逆时针方向转动； 若右旋圆偏振光传播速度快，vL<vR ，nL>nR， < 0， 光矢量向顺时针方向转动。
3、旋光现象的应用： 旋光光学元件
左旋
右旋
左旋
右旋
a)石英棱镜
b)科纽棱镜
c)石英透镜
石英晶体性质：
沿光轴方向只表现旋光性而无双折射性 垂直光轴方向只表现双折射性而无旋光性
z
旋光效应实验报告
旋光效应实验报告
实验报告：旋光效应
实验目的：
通过旋光效应的实验，探索光的旋转现象，并了解旋光仪的使用方法和精度误差。
实验器材：
旋光仪、白炽灯泡、单色光源、玻璃试管等。
实验原理：
当一束光线通过具有旋光性的物质时，光线的偏振平面会发生旋转，这样的现象被称为旋光效应。
旋光指数是刻度盘上旋转的角度对应的摆角，其值与物质的旋光性质有关。
实验操作：
1. 将旋光仪放置水平，开启白炽灯泡照明。
2. 将单色光源放置在仪器上的导光尺处，利用钠光谱线作为单色光源。
3. 用玻璃试管放置测量样品，在试管两端各加一滴柠檬酸钠溶液，分别加入不同的浓度。
4. 将玻璃试管放置在仪器的样品架上，调整样品架高度，使得光线经过样品管中心，并旋转筛片的角度，使得光强最小。
5. 记录刻度盘读数，得出该溶液的旋光指数。
实验结果：
测得柠檬酸钠溶液的旋光指数与浓度的关系如下表所示：
浓度（mol/L）旋光指数（°）
0.1 10.3
0.2 20.6
0.3 31.1
0.4 41.5
实验分析：
1. 通过本次实验，我们了解了旋光仪的使用和测量旋光现象的原理。
2. 实验结果显示，随着浓度的增加，旋光指数也呈现增加的趋势，说明柠檬酸钠溶液的旋光性质与其浓度相关。
3. 在实验中，我们还注意到旋光仪读数存在一定误差，这说明我们在使用仪器时需要注意精度误差的控制。
实验结论：
本实验测得柠檬酸钠溶液的旋光指数与浓度呈线性关系，通过该实验，我们深入了解到了旋光现象的表现以及旋光仪的使用方法和误差控制方法。
ch5-10旋光现象
φL =
2π
λ
nL d , φ R =
2π
λ
nR d
λ：真空中波长，d：旋光晶片厚度。φL、φR：左旋和右旋圆偏振光的旋转矢量
相对于入射时的相位滞后。
合振动矢量相对于入射光偏振面转角：
1 π ψ = (φL − φR ) = (nL − nR )d 2 λ
E EL ER ER E
φR
φL
EL
(a) 入射面
(b) 出射面
旋光效应的解释
左旋晶体，ψ<0, vL>vR，nL<nR； 右旋晶体，ψ>0, vL<vR，nL>nR。
③ 菲涅耳假设的实验验证 菲涅耳复合棱镜：R：右旋石英棱镜(nR<nL)；L：左旋晶体棱镜(nR>nL)
R
R镜
旋光效应导致一束平面偏振光被分解为两束圆偏振光，因而也是一种双折 射效应——圆双折射效应。 旋光性源于物质中原子排列的螺旋结构。菲涅耳关于旋光现象的解释仅仅 是一种惟象描述，并未涉及其微观机制，它不能回答为何在旋光介质中两 圆偏振光的速度不同。旋光性的严格解释需考虑物质的微观结构。
§5—10 旋光现象
1. 自然旋光
旋光效应：平面偏振光在某些各向异性介质中沿光轴传播时，其振动方向会随 着传播距离增大而连续旋转的现象。 旋光物质：能使平面偏振光振动面产生连续旋转的介质，如石英晶体、糖溶 液等。
P1 石英晶片 检偏器 P2
起偏器
c
c
石英的旋光现象
右旋：迎着光传播方向看，振动面顺时针方向旋转（葡萄糖、右旋石英） 左旋：迎着光传播方向看，振动面逆时针方向旋转（果糖、左旋石英） 说明：旋光不仅存在于各向异性介质中，也存在于某些各向同性介质中；所有 如石英，甚至具有左旋和右旋两种性质。 晶体的旋光规律：
旋光现象和电磁场的光效应
场方向传播是右旋的，则逆着磁场方向传播 变为左旋。
如果光沿磁场方向通过振动面旋转了晩，那么往返通过
同一物质振动面共旋转了 2晩。
2
*三、电光效应 各向同性的透明介质在外加电场的作用下，转变 为具有
单轴晶体特性的各向异性物质，从而产生双 折射现象。这 就是克尔效应（电光效应的一种）苛
式中A称为克尔常量。卄K 泡克耳斯效应：晶体在外加电场的作用下改变了原 先各向 异性的性质。 如：磷酸二氢钾KDP为单轴晶体，在电场作用下变为双 轴晶体，产生了附加的双折射效应。
§4-9旋光现象和电磁场的光效应
一、旋光现象 线偏振光通过某种透明物质后，其振动面会以光的 传播方 向为轴旋转一定的角度，即旋光现象。
旋光物质：如石英、松节油、糖和酒石酸溶液等。
实验表明：对于固体物质有
N
。=al
M
式中Q是比例系数，
|1
称为物质的旋光率。
对于液体物质有0= a cl
（式中C为溶液的浓度）
不同波长的光，其振动面旋转的角度不同，这种 现象称为旋光色散。
1
迎着光的传播方向看去，沿顺时针方向旋转称为 右旋,沿
逆时针方向旋转称为左旋。
*二、磁致旋光效应
由磁场引起的振动面旋转的现象，称为磁致旋光明：旋转角。为
0= VlB
比例系数〃维尔德常量。
磁致旋光性与光相对于磁场的传播方向有关，若 光沿磁
在相同条件下，泡克耳斯盒所需要施加的电压是克尔盒的 1/5-1/10,所以近年来克尔盒逐渐被泡克耳斯盒代替。 3
旋光率实验报告
旋光率实验报告一、实验目的二、实验原理1.旋光现象2.旋光率的定义与计算公式3.旋光仪的结构与工作原理三、实验步骤及操作要点1.仪器预热与调零2.样品处理与测量四、实验结果与分析1.样品浓度对旋光率的影响2.不同波长下的旋光率变化规律五、误差分析及改进措施1.系统误差与人为误差的区别及影响因素分析2.改进措施：提高仪器精度，减小人为误差，严格控制实验条件等。
六、结论及意义七、参考文献一、实验目的本次实验主要目的是通过使用旋光仪来测定某些物质的旋光度，并探究其浓度和波长对旋光率的影响。
同时，还需要学习并掌握如何正确地操作旋光仪，以及如何进行数据处理和误差分析。
二、实验原理1.旋光现象在某些物质中，由于其分子结构的非对称性，光线在通过该物质时会发生旋转现象。
这种旋转现象被称为旋光现象。
2.旋光率的定义与计算公式旋光率是指单位长度内物质所引起的光线旋转角度，通常用α表示。
其计算公式如下：α = (α / l) × c其中，α表示物质所引起的旋光角度，l表示物质的长度，c表示溶液中分子数浓度。
3.旋光仪的结构与工作原理旋光仪主要由灯源、样品室、检测器、读数器和电路控制系统等组成。
其工作原理是：首先将经过滤波器过滤后的单色光通过样品室中的样品，然后检测器会检测出经过样品后所发生的旋转角度，并将其转化为电信号输出到读数器上进行读数和记录。
三、实验步骤及操作要点1.仪器预热与调零首先需要将仪器预热至稳定状态，并进行调零操作以消除系统误差。
2.样品处理与测量将待测物质加入到样品室中，并进行多次读数取平均值。
同时还需要记录下样品的浓度和波长等相关参数。
四、实验结果与分析1.样品浓度对旋光率的影响在实验中，我们可以通过改变样品的浓度来探究其对旋光率的影响。
实验结果表明，随着样品浓度的增加，其旋光率也会随之增加。
这是因为物质分子数密度的增加会使得光线在经过物质时所受到的作用力增大，从而引起更大的旋转角度。
2.不同波长下的旋光率变化规律另外，在实验中还可以通过改变光源的波长来探究其对旋光率的影响。
变旋光现象的定义及产生的原因
变旋光现象的定义及产生的原因1. 引言嘿，朋友们！今天我们来聊聊一个神奇的现象，叫做变旋光现象。
你可能听过光的旋转，但这个现象可不是一般的光，它可是光的变脸秀呢！想象一下，光线像个调皮的小孩，在不同的环境中不断变换自己的舞步，时而顺时针，时而逆时针，真是让人目不暇接。
你知道吗，这种现象不仅有趣，还有很多科学原理在背后支撑着，今天就让我们一起深入探讨吧！1.1 变旋光现象的定义变旋光现象，简单来说，就是光在穿过某些特殊物质时，光的旋转方向会发生变化。
就像你在咖啡馆里看到的那些人，他们的心情会随着音乐的节奏而改变。
光也是如此，它在不同的介质中传播时，会因为介质的性质而改变旋转的方向。
听起来是不是很神秘？其实，这种现象在生活中比你想象的要常见得多，比如在偏振镜、某些晶体中，都会看到它的身影。
1.2 变旋光现象的来源那么，变旋光现象是如何产生的呢？这就要提到光的波动性和物质的特性了。
我们知道，光其实是一种电磁波，而物质的分子结构和排列方式又会对光的传播产生影响。
当光线进入某些特定的晶体，比如糖、酒精溶液等，它们的分子会让光的传播速度和方向产生变化。
你可以把它想象成在拥挤的地铁里，乘客们挤来挤去，导致你在车厢里站的位置不停变动，光也是如此，在不同的“环境”中舞动着。
2. 变旋光现象的应用听到这里，你可能会想，变旋光现象有什么用呢？别急，接下来我就来为你解答。
2.1 医学上的应用首先，在医学上，变旋光现象可是有大用场的哦！医生们可以通过测量某些溶液的旋光度来判断糖尿病患者的血糖水平。
这就像侦探破案一样，医生只需要“观察”这些光的变化，就能得出重要的结论，真是妙不可言。
2.2 科学研究中的应用其次，在科学研究中，变旋光现象也起到了重要的作用。
科学家们通过分析材料的旋光特性，可以了解材料的分子结构，进而揭示出许多物质的神秘面纱。
就好比在探险中寻找宝藏，每一次的发现都能让人惊喜不已。
3. 结论总而言之，变旋光现象就像是一场光的舞会，每个光子都有自己的舞步，它们在不同的环境中优雅地转身、变换。
光的偏振与光的旋光性质
光的偏振与光的旋光性质光的偏振是指光波在传播过程中，振动方向只在一个平面上波动的现象。
在自然界中，光大部分为非偏振光，也就是说，光中的电场矢量在各个方向上均有振动。
而在光学领域中，我们可以通过一些装置将非偏振光转化为偏振光，这对于特定的实验和应用有着重要的意义。
光的偏振状态可以用光的电场矢量进行描述。
在一个给定的空间点上，光波的电场矢量可以在垂直于光传播方向的平面内进行振动，而该平面就是光波的偏振面。
根据电场矢量的旋转方向，我们可以将光的偏振分为线偏振光和圆偏振光两种。
线偏振光指的是电场矢量在某一时刻在偏振面上只沿着一个固定方向振动的光波。
常见的线偏振光有水平偏振光、垂直偏振光、倾斜偏振光等。
水平偏振光的电场矢量沿水平方向振动，垂直偏振光的电场矢量沿垂直方向振动，而倾斜偏振光的电场矢量在偏振面内以一定的角度与水平方向或垂直方向夹角振动。
圆偏振光指的是电场矢量在偏振面上按照圆的轨迹进行旋转的光波。
根据电场矢量的旋转方向，圆偏振光可分为左旋偏振光和右旋偏振光两种。
左旋偏振光的电场矢量按逆时针方向旋转，右旋偏振光的电场矢量按顺时针方向旋转。
光的偏振性质在光学领域中有着广泛的应用。
其中，偏振滤波器是一种常用的光学器件。
偏振滤波器可以通过选择性地吸收或透过某一方向偏振的光，实现对光的偏振特性的调控。
这种滤波器广泛应用于光学显微镜、太阳眼镜、光通信等领域，起到对显微镜图像清晰度的提高、眼镜的防紫外线等作用。
除了光的偏振性质，光还具有旋光性质。
旋光是指光沿传播方向传播的同时，在偏振平面内进行旋转的现象。
光的旋光性质可以通过旋光仪来测量和描述。
旋光仪利用光学材料的旋光性质，可以检测和测量样品中存在的旋光现象。
旋光性质在化学、药物、生物等领域中具有重要的应用价值。
例如，在化学合成过程中，光对手性分子的旋光性质有着很高的选择性。
利用旋光性质可以研究光学异构体的结构和性质，对于药物合成和天然产物的分离等具有重要意义。
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8-5 旋光现象
λ
磁致旋光物质 B d
ψ
ψ =V ⋅ d ⋅ B
V：费德尔常量
V ~ 10 4 − 10 5 m − 1 ⋅ T − 1
磁致旋光效应也能用于光通讯: 磁致旋光效应也能用于光通讯: 若磁场B是由信号电流i产生(或调制)的, 若磁场B是由信号电流i产生(或调制) 信号电流i的变化→磁场B的变化, 信号电流i的变化→磁场B的变化, 旋转角ψ变化, →旋转角ψ变化, 通过的光强也变化. →P2通过的光强也变化. -------这就是光通讯的原理 这就是光通讯的原理. 这就是光通讯的原理
8-5 旋光现象
一 旋光现象 偏振光通过某些物质后， 旋光现象 偏振光通过某些物质后，其振动面 一定的角度. 将以光的传播方向为轴线转过 一定的角度 能产生旋光现象的物质 （ 旋光物质 能产生旋光现象的物质.（如石英 晶体、糖溶液、酒石酸溶液等） 晶体、糖溶液、酒石酸溶液等） 旋光仪 观察偏振光振动面旋转的仪器. 观察偏振光振动面旋转的仪器
单色 自然光 偏振片1 偏振片 石英晶片 偏振片2 偏振片
θ
θP
现消光） P’2（现消光）
P2（原消光） 原消光）
偏振化方向
d
光轴方向 不产生双折射) (不产生双折射)
偏振化方向
8-5 旋光现象
设 ∆ψ 为偏振光通过旋光物质后振动面所转过 的角度 对于旋光性物质的溶液 对于旋光性物质的溶液
∆ψ = al
8-5 旋光现象
磁致旋光 利用人工方法也可产生旋光性， 利用人工方法也可产生旋光性，其中最 重要的是磁致旋光 也称为法拉第旋光 磁致旋光， 法拉第旋光， 重要的是磁致旋光，也称为法拉第旋光， 是法拉第1845年发现的。 1845年发现的 是法拉第1845年发现的。
水、二硫化碳、食盐、乙醇等是磁致旋光物质。 二硫化碳、食盐、乙醇等是磁致旋光物质。
E
ω
EL o
ω
·
ER
线偏振光可看作是同频率、 线偏振光可看作是同频率、 等振幅、 等振幅、有确定相位差的 左(L)、右(R)旋圆偏振光 的合成。 的合成。
υL ≠υR →nL ≠ nR
初相为0 设:入射时L，R 初相为0，旋光物质长d. nR > nL 即 υ L > υ R
8-5 旋光现象 (a)
2）左旋物质 面对着光源观察，使光振动面的 ） 面对着光源观察， 旋转为逆时针的旋光物质.（如蔗糖溶液） 旋转为逆时针的旋光物质 （如蔗糖溶液）
8-5 旋光现象
例如，石英晶体有左旋,右旋两类旋光体, 例如，石英晶体有左旋,右旋两类旋光体, 是因为它的分子的空间排列方式有两类。 是因为它的分子的空间排列方式有两类。 二、菲涅耳的解释： 菲涅耳的解释：
L A
l
B
A: B: L:
起偏器， 起偏器， 检偏器， 检偏器， 盛有液体旋光 物质的管子. 物质的管子
8-5 旋光现象
旋光现象 一、物质的旋光性： 物质的旋光性： 1811年实验物理学家阿喇果发现， 1811年实验物理学家阿喇果发现， 年实验物理学家阿喇果发现 线偏振光通过某些透明物质时， 线偏振光通过某些透明物质时， 其偏振面将旋转一定的角度。 其偏振面将旋转一定的角度。
c — 溶液的浓度
ψ = [a] ⋅ c ⋅ d
据此可制成“量糖计” 并发展为“量糖术” 据此可制成“量糖计”，并发展为“量糖术”
其他应用：分析化工产品、 其他应用：分析化工产品、药剂中的 右旋光异构体的成分， 左、右旋光异构体的成分，…Βιβλιοθήκη [a ] — 溶液的比旋光率
某些液体或溶液有左旋或右旋, 某些液体或溶液有左旋或右旋,是由于 其分子本身具有螺旋状结构引起的。 其分子本身具有螺旋状结构引起的。
ψ
(b)
d E 同一时刻 E EL ER
在出射面上它们 的位相， 的位相，分别比 入射面处的位相 落后， 落后， 看旋转矢量图: 看旋转矢量图
ϕR = −
ψ
EL
ϕR ϕL
ER (a) (b)
λ nLd ϕL = − ⋅ 2π < 0 λ ϕR > ϕL
由图示， 由图示，有：
nRd
⋅ 2π < 0
8-5 旋光现象
8-5 旋光现象
光隔离器
P B
ψ
M
· ·
··
磁致旋光物质
令ψ = 45° ，则 2ψ = 90°，
→ 消除反射光的干扰
8-5 旋光现象
天然的蔗糖(C 分子, 天然的蔗糖(C12H22O11)分子,不论是从甘蔗 来还是从甜菜来,都是右旋的。 来还是从甜菜来,都是右旋的。 左旋, 生物体对 左旋,右旋的物质能够识别并能 作出选择。 作出选择。 而正好人体所需要的葡萄糖, 而正好人体所需要的葡萄糖, 其分子也是右旋的。 其分子也是右旋的。 天然氯霉素药能治病,它是左旋的。 天然氯霉素药能治病,它是左旋的。 而人工合成的氯霉素是左旋,右旋各一半, 而人工合成的氯霉素是左旋,右旋各一半, 只有一半有疗效,所以, 只有一半有疗效,所以,它的价格只是 天然氯霉素的一半。 天然氯霉素的一半。
（
λ 一定 ）
L A
l
B
α
C 为旋光物质的浓度 l 为旋光物质的透光长度
为一与旋光物质有关的 常量
对于固体旋光物质 对于固体旋光物质 固体
α 为一与旋光物质及入射光的波长有关的有关的常量
a = αC
∆ψ = αCl
8-5 旋光现象
二 旋光物质的分类
1）右旋物质 面对着光源观察，使光振动 ） 面对着光源观察， 面的旋转为顺时针的旋光物质.（如葡萄糖溶液） 面的旋转为顺时针的旋光物质 （如葡萄糖溶液）
π ψ = ( nR − nL ) ⋅ d λ
令
π α = ( nR − nL ) λ
——旋光率 旋光率
所以
ψ = a⋅ d ⋅
，
由上式看出， 由上式看出， nR > nL 时，ψ > 0 即振动面向左旋（对着光看）。 即振动面向左旋（对着光看）。
8-5 旋光现象
量糖术 对溶液 式中
[a ]⋅ c = a — 溶液的旋光率