Вращение плоскости поляризации

При прохождении плоско поляризованного света сквозь некоторые вещества плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча. Это явление называется вращением плоскости поляризации, а вещества, в которых оно наблюдается, - оптически активными веществами.

Оптическая активность характерна для ряда кристаллов, многих чистых жидкостей, растворов и газов. В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества разделяются на право – и левовращающие. Первые осуществляют вращение плоскости поляризации по часовой стрелке, вторые – против часовой стрелки (относительно наблюдателя, смотрящего навстречу лучу).

В кристаллах угол j поворота плоскости поляризации прямо пропорционален длине пути d светового луча в кристалле:

, (6)

где a - удельное вращение, зависящее от рода вещества, температуры и длины волны, причем для лево- и правовращающих модификаций кристалла величина a одинакова.

Для растворов угол поворота плоскости поляризации равен

, (7)

где [ a ] - удельное вращение, c - концентрация оптически активного вещества в растворе (отношение массы этого вещества к объему раствора).

Для объяснения явления вращения плоскости поляризации Френель предложил следующую модель. Плоско поляризованный монохроматический свет на входе в оптически активное вещество можно представить как совокупность двух волн той же частоты, но поляризованных по кругу во взаимно противоположных направлениях (рис. 10а). Векторы E _g и E _d этих волн численно равны половине амплитуды вектора Е и вращаются с угловой скоростью w = 2p n соответственно против и по часовой стрелке так, что в любой момент времени они симметричны относительно плоскости ОО колебаний падающего света. В оптически активном веществе скорости V _g и V _d циркулярно поляризованных волн E _g и E _d различны. Поэтому при прохождении этих волн через слой вещества толщиной l между ними возникает сдвиг фаз D y, равный

.

Если V _g < V _d, то D y > 0 и на выходе из вещества вектор E’ _d обгоняет по фазе вектор E’ _g и их взаимное расположение имеет вид, показанный на рис. 10б. Таким образом результирующий вектор Е ’ колеблется в плоскости О’O’, повернутой по отношению к ОО по часовой стрелке на угол j = D y /2, пропорциональный l.

Причины различия V _g и V _d связаны с асимметрией молекул оптически активного вещества. В кристаллических веществах оптическая активность может быть также обусловлена особенностями расположения частиц в решетке. Условие V _g < V _d соответствует правовращающему оптически активному веществу, V _g > V _d – левовращающему. В оптически неактивном веществе V _g = V _d.