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該介質(zhì)后,偏振面會旋轉(zhuǎn)一個角度,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)測量方法是在某一溫度下,使特定波長的線偏振光照射旋光介質(zhì),通過旋轉(zhuǎn)檢偏器測量旋光率并判斷左旋、右旋屬性;通過更換入射光波長,得到旋光率的色散特性;通過改變介質(zhì)溫度,得到旋光率色散的溫度特性。這種測量方法費時

2、費力,不利于實際工程應(yīng)用,實驗過程中需要反復(fù)旋轉(zhuǎn)檢偏器,容易引進較大的機械誤差。旋光率色散特性測量中,由于每改變一次入射光波長,就需要從新旋轉(zhuǎn)檢偏器,測量旋轉(zhuǎn)角,這使得色散特性的測量要花費很長的時間,長時間的測量過程中介質(zhì)溫度很難保持恒定,介質(zhì)溫度變化會引起旋光率的變化,進而增大測量誤差。針對傳統(tǒng)方法的局限性,本文提出了一種基于光譜分析法快速、準確測量介質(zhì)旋光特性的新方法,對該方法進行了詳細的研究,并設(shè)計了相關(guān)的測量裝置。
　　本

3、文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　1.提出了一種基于光譜分析法的旋光率色散測量方法并進行了實驗驗證。采用偏光干涉的理論,借助矩陣光學(xué)的分析方法,對利用光譜分析法測量旋光率色散特性的方法進行了詳細的理論分析,結(jié)果表明:該方法不用轉(zhuǎn)動檢偏器,僅僅依靠光譜掃描,對測量數(shù)據(jù)進行分析即可完成對旋光率色散特性的測量,由于該方法不需要旋轉(zhuǎn)檢偏器,因而大幅度節(jié)省了測量時間,同時避免了由于機械轉(zhuǎn)動而引起的測量誤差,由于測量時間短,介質(zhì)溫度易于

4、保持恒定,從而進一步減小由于溫度波動引起的測量誤差。依據(jù)理論分析的結(jié)果,借助分光光度計,設(shè)計了相應(yīng)的實驗驗證光路,對石英晶體進行了實驗測試,并和工程上常用的Lowry公式進行比較,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量旋光率溫度特性的方法并進行了實驗驗證。在利用光譜分析法測量旋光率色散特性的理論分析的基礎(chǔ)上,進一步對利用光譜分析法測量旋光率的溫度特性進行了分析,分析結(jié)果表明,利用光譜分析法,可以快速測量某一波

5、長范圍內(nèi),任意波長的光對應(yīng)的旋光率溫度特性,測量過程中同樣不需要旋轉(zhuǎn)檢偏器,只需要在設(shè)定的溫度下進行光譜掃描即可。依據(jù)理論分析的結(jié)果,設(shè)計了相關(guān)的驗證實驗,實驗中以石英晶體作為測試樣品,測量可見光范圍內(nèi)(400nm-800nm)任意波長的光在溫度變化范圍為25℃~165℃,間隔為20℃的溫度特性,并與已報道的測試結(jié)果進行對比,證明了利用光譜分析法測量介質(zhì)旋光率溫度特性的準確性。
　　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光路進行分析,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)計驗證性實驗,驗證了理論分析的正確性,該方法與傳統(tǒng)測量方法相比較,具有操作簡單、測量快速的優(yōu)點。
　　4.針對測量裝置的需要,設(shè)計了剪切差可調(diào)諧平行分束偏光鏡,從理論上對該偏光鏡內(nèi)部的光路進行了詳細的分析,根據(jù)理論分析結(jié)果,優(yōu)化了棱鏡各個組成部分的結(jié)構(gòu)參數(shù),設(shè)計出了剪切差可調(diào)諧的平行分束偏光鏡,剪切差可調(diào)

7、諧范圍為40~180mm,兩束偏振光的光強比值小于1.2。
　　5.依據(jù)所設(shè)計的剪切差可調(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),并進行了可行性分析及初步實驗,為下一步相應(yīng)儀器的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　本工作的創(chuàng)新點有:(1)基于光譜分析法,提出了一種旋光率色散特性測量的全新方法;(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