成都理工大学光学教程专业课程设计.doc
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1、 光学教程 课程设计(论文)设计(论文)题目 蔗糖溶液旋光效应 学院名称 核技术与自动化工程学院 专业名称 学生姓名 学生学号 任课教师 赵晓云 设计(论文)成绩 教务处 制 7 月 4 日填写阐明1、 专业名称填写为专业全称,有专业方向用小括号标明;2、 格式规定:格式规定: 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。 打印排版:正文用宋体小四号,1.5倍行距,页边距采用默认形式(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:原则);页码用小五号字底端居中。 详细规定:题目(二号黑体居中);摘要(“摘要”
2、二字用小二号黑体居中,隔行书写摘要文字某些,小4号宋体);核心词(隔行顶格书写“核心词”三字,提炼3-5个核心词,用分号隔开,小4号黑体); 正文某些采用三级标题;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)参照文献(黑体小二号居中,段前0.5行),参照文献用五号宋体,参照参照文献著录规则(GB/T 7714)。 摘要:旋光性菲涅尔假设:菲涅尔依照振动中一种原理,即任何一种直线简谐运动可以看作是两个相反方向旋转同频率圆周运动组合,以为:沿晶体光轴方向传播直线偏振光也可以看作是由两个同频率、旋向相反原偏振光构成。在旋光
3、晶体中,这两种偏振光有不同传播速度。这样一种假设,虽然不能阐明现象本质,但能令人信服阐明实验成果。核心词:旋光,偏振,糖浓度1旋光问题研究背景18,阿喇果(Jago)在研究石英晶体双折射特性时发现:一束线偏振光沿石英晶体光轴方向传播时,其振动平面会相对原方向转过一种角度。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,因而阿喇果发现现象应当属于此外一种新现象,这就是晶体中旋光现象。稍后,比奥(Biot)在某些蒸汽和液态物质中也观测到了同样旋光现象。2旋光效应研究现状 阿喇果发现,当线偏振光通过某些透明物质时,它振动面将会绕光传播方向转过一定角度。这种现象就叫旋光效应,光振动面转过角度
4、称为旋光度,使光振动面产生旋转物质叫做旋光物质(进一步地,迎着光传播方向看,使光振动面顺时针转动物质叫右旋物质,反之则为左旋物质.常用旋光物质有:石英,朱砂,酒石酸,食糖溶液,松节油等。运用旋光仪可以测定这些物质比重,纯度或浓度。 ,尹鑫等人研究了晶体旋光性与电光效应交互作用以及此交互作用对旋光晶体电光Q开关影响;黄海等对磁致旋光效应和磁光玻璃磁致旋光效应机理进行了探讨,对ZF1、ZF6磁光玻璃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关系,计算出波长不变状况下不同磁感应强度费尔德常数;张为权导出了斜入射时晶体相移公式,并用其研究了相移随入射角和方位角变化.,高军伍等提出一种
5、运用磁致旋光效应测量脉冲大电流办法;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偏振态影响研究,推导出了处在外加电场中旋光晶体中光传播方程表达式,以及透过光强表达式,并运用几种简朴光学器件在实验上得到了较好验证.,李彪等研究了基于晶体旋光效应近场光学空间滤波问题,其指出采用偏振光检偏法选取不同空间频率光束通过与阻挡,可以实现激光光束近场空间滤波,用各种滤波器串接构成滤波器组,可提高光束空间窄带滤波性能.初,任广军等运用矩阵办法分析了液晶旋光效应,导出了液晶旋光矩阵表达,运用JG-3型持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
6、列相液晶旋光角,详细分析了磁场对液晶旋光性能影响,这对更好地研究液晶旋光特性以及液晶器件具备重要参照价值.,王益军等应用法拉第磁光效应原理,提出运用磁致旋光估测磁场办法,提高了磁场测量效率,获得了磁场直观分布.,罗涛等通过对左旋和右旋偏振光鉴别办法研究,推导出圆偏振光合成条件,并且得到了平面偏振光合成椭圆偏振光时长短轴公式,以及椭圆偏振光左旋和右旋在相位差上鉴别办法;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旋光性变化,成果与de Vries理论相一致.,戴玉梅等激光综合光学实验仪拓展应用研究,完毕运用激光综合光学实验仪测得蔗糖溶液旋光度与其浓度成正比关系,并
7、运用该关系进行未知浓度蔗糖溶液浓度测量拓展实验研究;张昕明等对近红外波段石英晶体旋光率测试研究,测出了石英晶体在近红外波段旋光率;刘竹琴等研究了运用光强分布测试仪测量蔗糖溶液旋光率及其浓度,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,从而求出蔗糖溶液旋光率及其浓度;刘建霞等研究石英晶体旋光折射率特性,分析了在834841nm波长处右旋光和左旋光折射率差值特性,并通过实验验证,得出了在该波长范畴内右旋光和左旋光折射率差值近似为一种常数,旋光率与右旋光和左旋光折射率差值近似无关.3.旋光理论基本蔗糖是右旋性物质,其比旋光度=+66.6;葡萄糖也是右旋性物质,其比旋
8、光度=+52.5;果糖是左旋性物质,其比旋光度=-91.9。由于生成物中果糖左旋性比葡萄糖右旋性大,因而随着水解反映进行,溶液右旋角逐渐减小,最后通过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比,并且溶液旋光度为溶液中各组分旋光度之和。物体具备旋光性条件物体具备旋光性,其构造不能具备空间反演不变性质。对于分子可以随机朝向多晶或者溶液,分子必要具备手征性,否则不能破坏空间反演不变性,不会发生旋光现象.旋光性维相描述旋光性,可以用左旋光和右旋光具备不同传播速度维相地进行描述.任何偏振光都可以当作左旋光和右旋光叠加.把左右旋光叠加成偏振光时,偏振方向跟两种光位相差关于系.如果两种光传播速度不同,就会产生附加维相
9、差,导致偏振光旋转。旋光度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构造关于外,还与测定期温度、所用光波长、溶液浓度和溶剂、旋光管长度等关于。普通单色光源用钠光灯,波长为589nm,以D表达。规定以每毫升溶液所含溶质克数作为质量浓度单位。由旋光仪测得旋光角度后,可如下式计算旋光度:为用旋光仪测得旋光度;c为溶液质量浓度(g/ml);l为旋光管长度/dm;t为测定期温度(),为测定所用光波波长(钠光以D表达)。光活性物质为液体时,则以密度(g/ml)代替c,即若以100ml溶液含溶质克数,则,如果糖水溶液,溶液浓度为5g/10
10、0ml,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,在数据后括号内,注明其质量百分浓度和配制溶液用溶剂。旋光性和晶体双折射类比双折射晶体可以将偏振光变为椭圆偏振光,或者其她方向偏振光,将两块很薄双折射晶体以比较随意方向叠加(夹角为),则叠加成果破坏空间反演不变性。3.1光偏振理论1. 光偏振现象及其应用光偏振(polarization of light)振动方向对于传播方向不对称性叫做偏振,它是横波区别于其她纵波一种最明显标志。光波电矢量振动空间分布对于光传播方向失去对称性现象叫做光偏振。只有横波才干产生偏振现象,故光偏振是光波动性又一例证。在垂直于传播
11、方向平面内,包括一切也许方向横振动,且平均说来任一方向上具备相似振幅,这种横振动对称于传播方向光称为自然光(非偏振光)。凡其振动失去这种对称性光统称偏振光。常用偏振应拥有1.电子表液晶显示用到了偏振光。2. 在照相镜头前加上偏振镜消除反光。3照相时控制天空亮度,使蓝天变暗。4. 使用偏振镜看立体电影5、生物生理机能与偏振光6、汽车使用偏振片防止夜晚对面车灯晃眼2. 偏振态定义与分类1、 线偏振光在光传播过程中,只包括一种振动,其振动方向始终保持在同一平面内,这种光称为线偏振光(或平面偏振光)。你可以通过一种实验想象这是一种什么景象:你把一根绳子一头拴在邻居院子里树上,另一头拿在你手里。再假定绳
12、子是从篱笆两根竹子合法中穿过去。如果你当前拿绳子上下振动,绳子产生波就会从两根竹子之间通过,并从你手传到那棵树上。这时,那座篱笆对你波来说是透明。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,这时这座篱笆就相称于一种起偏振器件。2、 某些偏振光光波包括一切也许方向横振动,但不同方向上振幅不等,在两个互相垂直方向上振幅具备最大值和最小值,这种光称为某些偏振光。自然光和某些偏振光事实上是由许多振动方向不同线偏振光构成。当光线从空气(严格地说应当是真空)射入介质时,布儒斯特角正切值等于介质折射率n。由于介质折射率是与光波长关于,对同样介质,布儒斯特角大小也是与光波长关于。以
13、光学玻璃折射率1.4-1.9计算,布儒斯特角大概为54-62度左右。当入射角偏离布儒斯特角时,反射光将是某些偏振光。3、 椭圆偏振光在光传播过程中,空间每个点电矢量均以光线为轴作旋转运动,且电矢量端点描出一种椭圆轨迹,这种光称为椭圆偏振光。迎着光线方向看,凡电矢量顺时针旋转称右旋椭圆偏振光,凡逆时针旋转称左旋椭圆偏振光。椭圆偏振光中旋转电矢量是由两个频率相似、振动方向互相垂直、有固定相位差电矢量振动合成成果(见波片)。4、 圆偏振光旋转电矢量端点描出圆轨迹光称圆偏振光,是椭圆偏振光特殊情形。在咱们观测时间段中平均后,圆偏振光看上去是与自然光同样。但是圆偏振光偏振方向是按一定规律变化,而自然光偏
14、振方向变化是随机,没有规律。3.2偏振光旋光效应当一束线偏振光光透过某种透明介质后,出射光振动面相对入射光振动面旋转了一定角度,这种现象即是旋光效应。常用旋光效应是自然旋光效应,介质在没有任何外界作用下能产生旋光现象。除了自然旋光外,某些不能自然旋光物质在电场、磁场、应力等外界因素影响下,也能使透过它偏振光发生偏振角度旋转,这样旋光效应有:磁致旋光效应、克尔电光效应、光弹效应等。1. 自然旋光效应 自然界中存在某些物质,当线偏振光沿光轴方向通过这些物质后,其偏振面会发生旋转,即发生旋光现象,称之为自然旋光。旋光现象最早由阿拉果在石英晶体中发现,随后毕奥发现某些各向同性气体和液体也具备该特性;而
15、某些不具备自然旋光本领晶体在磁场作用下,偏振面产生偏转现象称为磁光效应,该现象在1846年由法拉第初次发现,也称为法拉第效应。线偏振光沿光轴方向入射到晶体中,其光强可以分解为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,相应折射率分别为nL和nR,它们在晶体中传播距离l后产生相位差可以用角位移表达为在外加磁场为零状况下,晶体自身满足nLnR0,则该晶体具备自然旋光特性,自然旋光是晶体自身具备一种旋光本领,不需要外加磁场,可以直接测量该旋光晶体偏转角,实验装置如图 1所示。只有在外加磁场不为零时,晶体才满足nLnR0,则该晶体为磁光晶体,运用法拉第效应来描述,测量其偏转角时需要外加磁场,实验装置如图 2所示,通过
16、直流励磁和交流励磁开关来控制恒定磁场和时变磁场磁光调制器是由在铽玻璃周边环绕交流勉励电信号励磁线圈构成。假定线圈所加交流电信号为i=i0sin(t)时,产生时变磁场为B=B0sin(t),则晶体磁致旋转角=0sin(t),依照马吕斯定律I=I0cos2,检偏器输出光强可得其中为起偏器和检偏器主截面初始夹角。运用三角函数公式,式(2)可变形为当=0,将cos(sin(t)=J0()+2J2()cos(2t)+4J4()cos(4t)+代入式(3)可得可以发现:起偏器和检偏器偏振轴平行时,输出光中浮现了调制信号倍频信号。4.旋光问题应用4.1.光学隔离器法拉第效应偏转角旋光方向与磁场方向关于,与传
17、播方向无关。如果光来回通过磁光晶体,由自身自然旋光引起偏转角与磁场方向关于而抵消掉。如图 5所示,当法拉第效应引起偏转角为/4时,反射光通过法拉第盒后偏振方向与起偏器P1方向正交而无法通过。此现象表白法拉第旋光效应是一种不可逆光学过程,可运用这种现象制成或单通光闸等器件。4.2糖浓度检测1. 糖浓度检测现状糖浓度检测技术是食品分析技术中很重要一某些。在食品分析工作中,由于分析目不同,或者是由于被测组分和干扰成分性质以及它们在食品中存在数量差别,所选取检测办法也各不相似。食品分析采用办法有感官检查法!化学分析法!仪器分析法!微生物分析法和酶分析法。在化学实验室中与在工业生产中都各自有惯用某些办法
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