介質(zhì)旋光特性的光譜分析法研究.pdf

1、介質(zhì)的旋光性指的是線偏振光通過(guò)該介質(zhì)后,偏振面會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,具有旋光性的介質(zhì)稱為旋光介質(zhì),主要包括石英晶體、液晶以及光學(xué)活性物質(zhì)。介質(zhì)的旋光特性主要由介質(zhì)的旋光率的色散特性、旋光率的溫度特性以及左旋、右旋屬性給出。介質(zhì)旋光特性的傳統(tǒng)測(cè)量方法是在某一溫度下,使特定波長(zhǎng)的線偏振光照射旋光介質(zhì),通過(guò)旋轉(zhuǎn)檢偏器測(cè)量旋光率并判斷左旋、右旋屬性;通過(guò)更換入射光波長(zhǎng),得到旋光率的色散特性;通過(guò)改變介質(zhì)溫度,得到旋光率色散的溫度特性。這種測(cè)量方法費(fèi)時(shí)

2、費(fèi)力,不利于實(shí)際工程應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要反復(fù)旋轉(zhuǎn)檢偏器,容易引進(jìn)較大的機(jī)械誤差。旋光率色散特性測(cè)量中,由于每改變一次入射光波長(zhǎng),就需要從新旋轉(zhuǎn)檢偏器,測(cè)量旋轉(zhuǎn)角,這使得色散特性的測(cè)量要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間,長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量過(guò)程中介質(zhì)溫度很難保持恒定,介質(zhì)溫度變化會(huì)引起旋光率的變化,進(jìn)而增大測(cè)量誤差。針對(duì)傳統(tǒng)方法的局限性,本文提出了一種基于光譜分析法快速、準(zhǔn)確測(cè)量介質(zhì)旋光特性的新方法,對(duì)該方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究,并設(shè)計(jì)了相關(guān)的測(cè)量裝置。
　　本

3、文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:
　　1.提出了一種基于光譜分析法的旋光率色散測(cè)量方法并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用偏光干涉的理論,借助矩陣光學(xué)的分析方法,對(duì)利用光譜分析法測(cè)量旋光率色散特性的方法進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析,結(jié)果表明:該方法不用轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器,僅僅依靠光譜掃描,對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析即可完成對(duì)旋光率色散特性的測(cè)量,由于該方法不需要旋轉(zhuǎn)檢偏器,因而大幅度節(jié)省了測(cè)量時(shí)間,同時(shí)避免了由于機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的測(cè)量誤差,由于測(cè)量時(shí)間短,介質(zhì)溫度易于

4、保持恒定,從而進(jìn)一步減小由于溫度波動(dòng)引起的測(cè)量誤差。依據(jù)理論分析的結(jié)果,借助分光光度計(jì),設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光路,對(duì)石英晶體進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,并和工程上常用的Lowry公式進(jìn)行比較,結(jié)果證明了該方法的正確性。
　　2.提出了利用光譜分析法測(cè)量旋光率溫度特性的方法并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在利用光譜分析法測(cè)量旋光率色散特性的理論分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對(duì)利用光譜分析法測(cè)量旋光率的溫度特性進(jìn)行了分析,分析結(jié)果表明,利用光譜分析法,可以快速測(cè)量某一波

5、長(zhǎng)范圍內(nèi),任意波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)的旋光率溫度特性,測(cè)量過(guò)程中同樣不需要旋轉(zhuǎn)檢偏器,只需要在設(shè)定的溫度下進(jìn)行光譜掃描即可。依據(jù)理論分析的結(jié)果,設(shè)計(jì)了相關(guān)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中以石英晶體作為測(cè)試樣品,測(cè)量可見光范圍內(nèi)(400nm-800nm)任意波長(zhǎng)的光在溫度變化范圍為25℃~165℃,間隔為20℃的溫度特性,并與已報(bào)道的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,證明了利用光譜分析法測(cè)量介質(zhì)旋光率溫度特性的準(zhǔn)確性。
　　3.提出了基于光譜分析法判斷介質(zhì)左旋、右旋屬性的

6、方法。采用斯托克斯矢量和米勒矩陣對(duì)光路進(jìn)行分析,從理論上找出了利用光譜分析法判斷介質(zhì)左旋、右旋屬性的途徑,并根據(jù)理論分析的結(jié)果設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了理論分析的正確性,該方法與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比較,具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)量快速的優(yōu)點(diǎn)。
　　4.針對(duì)測(cè)量裝置的需要,設(shè)計(jì)了剪切差可調(diào)諧平行分束偏光鏡,從理論上對(duì)該偏光鏡內(nèi)部的光路進(jìn)行了詳細(xì)的分析,根據(jù)理論分析結(jié)果,優(yōu)化了棱鏡各個(gè)組成部分的結(jié)構(gòu)參數(shù),設(shè)計(jì)出了剪切差可調(diào)諧的平行分束偏光鏡,剪切差可調(diào)

7、諧范圍為40~180mm,兩束偏振光的光強(qiáng)比值小于1.2。
　　5.依據(jù)所設(shè)計(jì)的剪切差可調(diào)諧平行分束偏光鏡,提出了利用光譜分析法研究介質(zhì)旋光特性的儀器結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了可行性分析及初步實(shí)驗(yàn),為下一步相應(yīng)儀器的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
　　本工作的創(chuàng)新點(diǎn)有:(1)基于光譜分析法,提出了一種旋光率色散特性測(cè)量的全新方法;(2)基于光譜分析法,提出了一種旋光率溫度特性測(cè)量的全新方法;(3)基于光譜分析法,提出了一種判斷旋光介質(zhì)左旋、右旋屬性的新