成都理工大学光学教程课程设计报告书

光学教程课程设计(论文)

设计（论文）题目蔗糖溶液的旋光效应

学院名称核技术与自动化工程学院

专业名称

学生

学生学号

任课教师晓云

设计（论文）成绩

教务处制

2015年 7 月 4 日

填写说明

1、专业名称填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；

2、格式要求：格式要求：

①用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。

②打印排版：正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下2.54cm，

左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。字符间距为默认值（缩放100%，间距：标准）；页码用小五号字底端居中。

③具体要求：

题目（二号黑体居中）；

摘要(“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体)；

关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体)；

正文部分采用三级标题；

第1章××(小二号黑体居中，段前0.5行)

1.1 ×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）

1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）

参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T 7714－2005）》。

摘要：

旋光性菲涅尔假设: 菲涅尔根据振动中的一个原理，即任何一个直线简谐运动可以看作是两个相反方向旋转的同频率的圆周运动的组合，认为：沿晶体光轴方向传播的直线偏振光也可以看作是由两个同频率、旋向相反的原偏振光组成。在旋光晶体中，这两种偏振光有不同的传播速度。这样一个假设，虽然不能说明现象的本质，但能令人信服的说明实验结果。

关键词：旋光，偏振，糖浓度

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。

2旋光效应的研究现状

阿喇果发现,当线偏振光通过某些透明物质时,它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。这种现象就叫旋光效应,光的振动面转过的角度称为旋光度,使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质（进一步地,迎着光的传播方向看,使光的振动面顺时针转动的物质叫右旋物质,反之则为左旋物质.常见的旋光物质有:石英,朱砂,酒石酸,食糖溶液,松节油等。利用旋光仪可以测定这些物质的比重,纯度或浓度。

2004年，鑫等人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;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;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.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;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.2006年，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.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.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.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;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.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；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;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;建霞等研究石英晶体旋光折射率特性,分析了在834～841nm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,得出了在该波长围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.

3.旋光理论基础

蔗糖是右旋性物质，其比旋光度[α]=+66.6；葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[α]=+52.5；果糖是左旋性物质，其比旋光度[α]=-91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖的右旋性大，因此随着水解反应的进行，溶液的右旋角逐渐减小，最后

经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为溶液中各组分的旋光度之和。

物体具有旋光性的条件

物体具有旋光性，其结构不能具有空间反演不变的性质。对于分子可以随机朝向的多晶或者溶液，分子必须具有手征性，否则不能破坏空间反演不变性，不会发生旋光现象.

旋光性的维相描述

旋光性，可以用左旋光和右旋光具有不同传播速度维相地进行描述.任何偏振光都可以看成左旋光和右旋光的叠加.把左右旋的光叠加成偏振光时，偏振方向跟两种光的位相差有关系.如果两种光传播速度不同，就会产生附加的维相差，导致偏振光旋转。旋光度的测定

旋光仪是用来测定光学活性物质旋光能力大小和方向的仪器。光学活性物质可以旋转偏振光平面，其大小和方向除了与该物质结构有关外，还与测定时的温度、所用光的波长、溶液的浓度和溶剂、旋光管的长度等有关。一般单色光源用钠光灯，波长为589nm，以D表示。规定以每毫升溶液所含溶质的克数作为质量浓度的单位。由旋光仪测得旋光角度后，可以下式计算旋光度：α为用旋光仪测得的旋光度；c为溶液的质量浓度(g/ml)；l为旋光管的长度/dm；t为测定时温度(℃)，λ为测定所用光波波长(钠光以D表示)。光活性物质为液体时，则以密度ρ(g/ml)代替c，即若以100ml 溶液含溶质的克数，则，如果糖的水溶液，溶液浓度为5g/100ml，在1dm旋光管中测得旋光角度为-4.64°，则：书写旋光度时，除注明温度，光波波长外，在数据后的括号，注明其质量百分浓度和配制溶液用的溶剂。

旋光性和晶体双折射的类比

双折射晶体可以将偏振光变为椭圆偏振光，或者其他方向的偏振光,将两块很薄的双折射晶体以比较随意的方向叠加(夹角为ψ)，则叠加结果破坏空间反演不变性。

3.1光的偏振理论

1.光的偏振现象及其应用

光的偏振（polarization of light）振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。在垂直于传播方向的平面，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。

常见的偏振应拥有1.电子表的液晶显示用到了偏振光。2. 在摄影镜头前加上偏振镜消除反光。3摄影时控制天空亮度，使变暗。4. 使用偏振镜看立体电影5、生物的生理机能与偏振光6、汽车使用偏振片防止夜晚对面车灯晃眼

2.偏振态的定义与分类

1、线偏振光

在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面，这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。你可以通过一个实验想象这是一种什么景象：你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上，另一头拿在你手里。再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正当中穿过去的。如果你现在拿绳子上下振动，绳子产生的波就会从两根竹子之间通过，并从你的手传到那棵树上。这时，那座篱笆对你的波来说是"透明的"。但是，要是你让绳子左右波动，绳子就会撞在两根竹子上，波就不会通过篱笆了，这时这座篱笆就相当于一个起偏振器件。

2、部分偏振光