大二上課件光學一chapt

15-10偏振光的干涉----干涉色(Interferencecolors)

1.偏振光干涉實驗

兩光波發(fā)生干涉的條件：（1）頻率相同；

（2）位相差恒定；

（3）振動不相互垂直。

一個線偏振光入射到波片（晶片）內(nèi)，產(chǎn)生的o光和e光滿足前兩個條件，但是由于相互垂直而不能干涉。2合成光振動的振幅:光強:o光和e光不能直接干涉

003觀察屏xyP2透射軸y(慢軸）兩個垂直振動分量的光波通過偏振片P2，則透射光的振動是兩個垂直振動在透射軸方向的投影分量的迭加透射軸P1晶片x(快軸)自然光偏振光的干涉

4iii.

快光和慢光在第二個偏振片P2

的透射軸方向上分別投影;偏振片P2baY(慢)X(快)第一個偏振片P1

產(chǎn)生線偏光;偏振片P1A1O線偏光在晶體內(nèi)分為e光和o光（快光和慢光）;A1sinaA1cosa通過檢偏器P2后,快光和慢光在P2上的投影分量相互疊加;5偏振片P2bY(慢)X(快)aA慢=A1sinaA快=A1cosa偏振片P1A1O干涉項

強度：

P2

透射方向上的兩個投影分量迭加后的合振幅：

E6P2bY(慢)X(快)aP1A1O利用三角公式：和A快=A1cosaA慢=A1sina7因此，將各向異性材料夾在兩偏振片間成為三明治式的構(gòu)造，用自然光照射，可以觀察到偏振光的干涉圖示：光軸平行于晶體表面時的偏振光干涉82.偏振光干涉的規(guī)律

P1A1O單色光通過偏振片P1后在透射軸方向上振動的振幅表示為：Y(慢)X(快)aA1sinaA1cosa通過晶片后，快慢軸方向上振動分量分別為：和P2b通過偏振片

P2

后，快慢分量在透射軸方向上的投影分別為：和9P2bY(慢)X(快)aA1sinaA1cosaP1A1O通過偏振片P2后光波的振動振幅：通過偏振片P2后的強度：E利用三角公式：和10背景項(Malus定律)

干涉項11P1||P2：P1⊥P2：偏振光干涉強度：互補

(亮背景)(暗背景)12

某些波長干涉極大

另一些波長干涉極小(消光)干涉強度偏色

干涉色：

干涉色材料參數(shù)（厚度、折射率等）的不均勻顯示不同的顏色分布

13圖示：干涉色及互補色上圖：未放檢偏器下圖：兩個檢偏器偏振方向相互垂直14圖示：干涉色及互補色演示

某些物質(zhì)（如石英、氯酸鈉、糖的水溶液、酒石酸溶液、松節(jié)油等）具有能使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，稱為旋光性

(opticalactivity)。振動面旋轉(zhuǎn)的角度：

a─

旋光率(specificrotation)，它取決于入射光的波長和旋光物質(zhì)的性質(zhì)。5-10旋光性(Opticalactivity)旋光性與物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

什么樣結(jié)構(gòu)的物質(zhì)才能使偏光的振動方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)呢？在了解這個問題之前，我們首先討論手性（Chirality）的概念。1848年，法國科學家巴斯德（LouisPasteur）為了獲得酒石酸鹽結(jié)晶方面的數(shù)據(jù)，在重復前人的實驗時，發(fā)現(xiàn)了一種有趣的現(xiàn)象：沒有旋光性的酒石酸是由兩種結(jié)構(gòu)極為相似的兩種晶型混合而成，它們的結(jié)構(gòu)非常相似，但不相同，也不能完全重疊，就好像人的左右手一樣，外表非常相似，但不能完全重疊。他用放大鏡和鑷子細心地將這兩種晶體分離，分別溶于水后測其旋光度，發(fā)現(xiàn)它們均具有旋光度，如果將它們混合后，則旋光度為零。經(jīng)過對這兩種晶體分析，他發(fā)現(xiàn)它們之間的關(guān)系就好像人的左右手一樣，一種結(jié)構(gòu)是另一種結(jié)構(gòu)的鏡像。即它們互為實物與鏡像關(guān)系。實物與其鏡像不能重疊的特性，稱為物質(zhì)的手性，具有手性的分子叫手性分子。凡具有手性的分子都有旋光性。沒有手性的分子沒有旋光性，因此，物質(zhì)的手性是判斷其是否具有旋光性的必要條件。

旋光性物質(zhì)的旋光度的大小決定于該物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，并與測定時溶液的濃度、盛液的長度、測定溫度、所用光源波長等因素有關(guān)。為了比較各種不同旋光性物質(zhì)的旋光度的大小，一般用比旋光度來表示。比旋光度與從旋光儀中讀到的旋光度關(guān)系如下。——旋光度C——旋光性物質(zhì)的濃度（g/ml），若為純液體，則為其密度

l——盛液管的長度（dm）

T——測定時溶液的溫度

——

光源的波長，因通常用鈉光為光源，故也可用D表示在表示測定的結(jié)果時，還需要注明所使用的溶劑。

我們可通過測定物質(zhì)的旋光度來計算溶液的濃度；也可用己知濃度的化合物溶液通過測定其旋光度，計算其比旋光度，作為物質(zhì)定性鑒定的依據(jù)。191、旋光現(xiàn)象

在雙折射晶體中，沿光軸傳播時，不發(fā)生雙折射，但對某些晶體（如石英）和一些溶液（如糖溶液）會發(fā)生另一種現(xiàn)象線偏振光的振動方向旋轉(zhuǎn)-----旋光

旋光現(xiàn)象旋光演示20實驗發(fā)現(xiàn)，直線偏振光通過旋光物質(zhì)時，光振動旋轉(zhuǎn)的角度與通過的距離成正比：：旋光系數(shù)，與波長、材料性質(zhì)（如溶液濃度）有關(guān)

石英：21

溶液濃度不同---旋轉(zhuǎn)角度不同 濃度測量旋光演示dq22夾在兩偏振片中間時，白光入射，透射光偏色---旋光色散

波長不同---旋轉(zhuǎn)角度不同23

左旋物質(zhì)：迎光看時，振動方向左旋，氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位，存在于自然界的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L-α-氨基酸，即左旋氨基酸，

右旋物質(zhì)：迎光觀察，振動方向右旋（順時針），手性分子如葡萄糖溶液、DNA、RNA

如：果糖溶液、組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸24

石英既有左旋石英，也有右旋石英；兩者旋光手性相反，物質(zhì)結(jié)構(gòu)彼此鏡像對稱。旋光異構(gòu)現(xiàn)象252、旋光現(xiàn)象的解釋Fresnel

假設(shè)：（2）右旋物質(zhì)中的右旋光速度快，左旋物質(zhì)中的左旋光速度快-----圓雙折射；（3）通過物質(zhì)后，兩圓偏振光合成的直線偏振光的振動方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。（1）線偏振光可分解成左旋圓偏光和右旋圓偏振光的疊加；26例、證明：一個線偏振光可等價為兩個圓偏振光的合成。左旋圓偏右旋圓偏

改寫z=z1

處,一個在X方向上振動的入射線偏振光可表示為：其中27在旋光物質(zhì)中，左旋圓偏光和右旋圓偏光的傳播速度分別為VL

和VR,折射率分別為nL

和nR，則在物質(zhì)中傳播到z=z2

處時(令z2-z1=d):

和28VL>VR,nL<nR

q>0

左旋物質(zhì)：

右旋物質(zhì)：

VL<VR,nL>nR

q<0

左旋石英中的旋光29左

右

右線偏振光右旋圓偏振光左旋圓偏振光菲涅耳旋光理論的實驗驗證旋光儀廣泛用于醫(yī)藥、食品、有機化工等各個領(lǐng)域，如：農(nóng)業(yè)：農(nóng)用抗菌素、家用激素、微生物農(nóng)藥及農(nóng)產(chǎn)品淀粉含量等成份分析。醫(yī)藥：抗菌素、維生素、葡萄糖等藥物分析，中草藥藥理研究。食品：食糖、味精、醬油等生產(chǎn)過程的控制及成品檢查，食品含糖量的測定。石油：礦物油分析、石油發(fā)酵工藝的監(jiān)視。香料：香精油分析。醫(yī)衛(wèi)：醫(yī)院臨床糖尿病分析。31糖溶液的旋光旋光演示32

左右旋圓偏振光疊加原理的應用*－－非均勻偏振光束的產(chǎn)生33線偏振光

xzyv橢圓偏振光zExyv徑向偏振光均勻偏振光非均勻偏振光v徑向E偏振光演示旋光和生命起源

核酸是遺傳信息的攜帶者和傳遞者，分為核糖核酸(RNA)和脫氧核酸(DNA)兩種。右上圖是DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，通常是右旋的。這正是生物大分子的手性特征。生物體內(nèi)化合物的這種左右不對稱性正是生命力的體現(xiàn)。維持這種左右不平衡狀態(tài)的是生物體內(nèi)的酶，生物一旦死亡，酶便失去活力，造成左右不平衡的生物化學反應也就停止了。由此可見，生命與分子的不對稱性息息相關(guān)。問題是地球上生命發(fā)源之初，左右對稱性的破缺是怎樣開始的？即分子手性的起源是什么？生物的起源是什么？這些都是有待人們?nèi)パ芯康闹i。

生命的基本物質(zhì)是生物大分子，它包括蛋白質(zhì)、核酸、多糖和脂類。其中蛋白質(zhì)是生命功能的執(zhí)行者，其分子是右氨基酸組成的長鏈。每種氨基酸都應有L、D(L(livo)和D(dextro)分別表示左、右型旋光異構(gòu)體)兩種旋光異構(gòu)體。但實驗證明組成生物蛋白質(zhì)