[科普中國(guó)]-左旋光

簡(jiǎn)介

電矢量繞著傳輸方向勻速旋轉(zhuǎn)，且電矢量大小保持不變，矢量端點(diǎn)軌跡為圓，就是圓偏振光，如果相位差為-π/2，即電矢量作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱為左旋光。

偏振光通過某些晶體時(shí)，其振動(dòng)面以光的傳播方向?yàn)檩S線發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，稱為旋光現(xiàn)象。1

偏振/極化及其方向的判斷極化在空間某一固定位置，沿波傳播方向觀察，電場(chǎng)矢量的大小和方向隨時(shí)間的變化特性。

右手圓極化電場(chǎng)矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（判斷：拇指指向傳播方向，四指與電場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向一致：右手定則）。

左手圓極化電場(chǎng)矢量反時(shí)針旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)方向與四指相反）。

左旋和右旋對(duì)著光傳播的方向觀察，合成電矢量是順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏振是右旋的，反之是左旋的 。

右手圓極化對(duì)應(yīng)左旋；左手圓極化對(duì)應(yīng)右旋。

當(dāng)時(shí)，時(shí)，。

（1）當(dāng)E沿著+Z方向傳播時(shí)：

對(duì)著光傳播方向看時(shí)：順時(shí)針，右旋 ；

順著光傳播方向看時(shí)：逆時(shí)針，左手圓極化；

（2）當(dāng)E沿著-Z方向傳播時(shí):：

對(duì)著光傳播方向看時(shí)，逆時(shí)針，左旋 ；

順著光傳播方向看時(shí)：順時(shí)針，右手圓極化。

舉例一平面波的電場(chǎng)矢量是為實(shí)數(shù)，試確定它的極化性質(zhì)。

令Z=0，t=0時(shí)，E(t)在+X軸上，wt=π/2時(shí)，E(t)在+Y軸上。

所以電場(chǎng)矢量E由+X→+Y方向旋轉(zhuǎn)，又因?yàn)椴ㄑ?Z方向傳播，因而該波是右手圓極化，左旋。

圓偏振光和橢圓偏振光旋轉(zhuǎn)電矢量端點(diǎn)描出圓軌跡的光稱圓偏振光，是橢圓偏振光的特殊情形。當(dāng)傳播方向相同，振動(dòng)方向相互垂直且相位差恒定為φ=（2m±1/2）π的兩平面偏振光疊加后可合成電矢量有規(guī)則變化的圓偏振光2。

電矢量的方向不變，而大小隨相位改變，這種光稱為完全偏振光，如果在光的傳播方向上各點(diǎn)的電矢量在確定的平面內(nèi)，這種光被稱為平面偏振光，如果電矢量的端點(diǎn)的軌跡為一條直線，此時(shí)的平面偏振光又稱為線偏振光，光的電矢量末端在垂直于傳播方向的平面上描繪的軌跡為一直線的偏振光。當(dāng)傳播方向相同，振動(dòng)方向相互垂直且相位差恒定為φ=（2m±1/2）π的兩平面偏振光疊加后可合成電矢量有規(guī)則變化的圓偏振光。圓偏振光的電矢量大小保持不變，而方向隨時(shí)間均勻變化。相位差為φ=（2m-1/2）π時(shí)為左旋圓偏振光，相位差為φ=（2m+1/2）π時(shí)為右旋圓偏振光。3

在我們的觀察時(shí)間段中平均后，圓偏振光看上去是與自然光一樣的。但是圓偏振光的偏振方向是按一定規(guī)律變化的，而自然光的偏振方向變化是隨機(jī)的，沒有規(guī)律的。

若圓偏振光的光矢量隨時(shí)間變化是右旋的，則這種圓偏振光叫做右旋圓偏振光，反之，叫做左旋圓偏振光。若光矢量在時(shí)間上是右旋的，則在空間上一定是左旋，即“空左時(shí)右”。

設(shè)線偏振光正入射到波片上，振動(dòng)方向與光軸成θ角，入射光被分成o光（沿y軸，初相位為φy），和e光（沿x軸，初相位為φx）。

o光和e光從波片出射后：有恒定的相位差，傳播速度相同。

兩線偏振光的波動(dòng)方程為：

合成波的波動(dòng)方程為：

電矢量E作周期性的運(yùn)動(dòng)，與有相同的周期w。

由的式子消除t得到關(guān)于的方程，即為電矢量E的矢端軌跡方程：

變換形式得到橢圓的一般方程：

結(jié)論：電矢量E的矢端軌跡為橢圓-橢圓偏振光。

邊長(zhǎng)為的矩形，橢圓與其內(nèi)切：

橢圓的形狀與和有關(guān)，分析幾種特殊情形：

（1）或±π的整數(shù)倍：

則，此為直線方程，一三象限的對(duì)角線。

（2）的奇數(shù)倍：

此為標(biāo)準(zhǔn)橢圓方程，主軸與坐標(biāo)軸重合。

若，則電矢量E的矢端軌跡為圓偏振光。

若，則

為左旋光。45

旋光儀偏振光通過某些晶體或某些物質(zhì)的溶液以后，偏振光的振動(dòng)面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象。具有旋光性質(zhì)的物質(zhì)有石英、糖溶液、酒石酸溶液等。

測(cè)定旋光性物質(zhì)的旋光度的儀器。通過對(duì)樣品旋光度的測(cè)量，可以分析確定物質(zhì)的濃度、含量及純度等。廣泛應(yīng)用于制藥、藥檢、制糖、食品、香料、味精以及化工、石油等工業(yè)生產(chǎn)，科研、教學(xué)部門，用于化驗(yàn)分析或過程質(zhì)量控制。

測(cè)出的旋光率，正負(fù)表示左旋還是右旋（正為右旋，負(fù)為左旋）。