Вращение плоскости поляризации

При прохождении плоскополяризованного света через некоторые вещества наблюдается вращение плоскости колебаний светового вектора – вращение плоскости поляризации. Вещества, способные поворачивать плоскость поляризации при прохождении через них поляризованного света, называются оптически активными (кварц, киноварь, скипидар, никотин, водные растворы сахара, винной кислоты и др.).

Для оптически активных кристаллов и чистых жидкостей угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути , пройденному в веществе:

, (6.39.1)

где ─ постоянная вращения (удельное вращение), ─ расстояние, пройденное светом в оптически активной среде. Кристаллические вещества сильнее всего вращают плоскость поляризации, когда свет распространяется вдоль оптической оси.

Закон Био определяет угол вращения плоскости поляризации линейно поляризованного света, проходящего через слой оптически активной жидкости:

(6.39.2)

где ─ удельная постоянная вращения, ─ толщина слоя жидкости, – концентрация.

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества подразделяются на право- и левовращающие (если смотреть навстречу лучу в правовращающих веществах плоскость поляризации поворачивается по часовой стрелке, в левовращающих – против часовой стрелки).

Линейно поляризованную волну можно разложить на две поляризованные по кругу в противоположных направлениях (по часовой и против часовой стрелки) волны равной амплитуды и частоты. В оптически активных веществах лучи, поляризованные по кругу вправо и влево, распространяются с разной скоростью. Вращение плоскости поляризации обусловлено различием коэффициента преломления среды (скорости вращения) для двух поляризованных по правому и левому кругу волн, разность фаз между которыми определяет положение плоскости поляризации результирующей волны.

Различие в скоростях распространения света с разным направлением круговой поляризации обусловлено асимметрией молекул или асимметричным расположением атомов в кристалле. Все оптически активные вещества существуют в двух разновидностях – правовращающей и левовращающей. Молекулы или кристаллы одной разновидности являются зеркальным отражением молекул или кристаллов другой разновидности. Энантиоморфизм – способность кристаллов (и молекул) существовать в 2-х зеркально-изомерных (энантиоморфных) формах. При этом обе формы обладают оптической активностью, но вращают плоскость поляризации света, распространяющегося вдоль оптической оси, в противоположных направлениях.

Асимметричная молекула не совмещается со своим изображением в зеркале. Киральность (хиральность) – отсутствие у объектов (молекул, кристаллов и др.) зеркальной симметрии в пространстве, т.е. несовмещение объекта со своим отображением в идеальном плоском зеркале; необходимое условие оптической активности веществ.

Эффект Фарадея – один их эффектов магнитооптики, заключающийся том, что оптически неактивные вещества приобретают способность вращать плоскость поляризации под действием постоянного магнитного поля при распространении света вдоль вектора напряженности магнитного поля. Закон Верде определяет связь между углом магнитооптического вращения плоскости поляризации света, распространяющегося вдоль силовых линий магнитного поля, и напряженностью магнитного поля :

(6.39.3)

где ─ постоянная Верде (удельное магнитное вращение), ─ длина пути света в среде, ─ напряженность магнитного поля. Постоянная Верде зависит от длины волны. Эффект Фарадея объясняется прецессией электронных орбит в веществе под действием магнитного поля. Оптически активные вещества под действием магнитного поля приобретают дополнительную способность вращать плоскость поляризации.