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 Eg и Ed этих волн численно равны половине амплитуды вектора Е и вращаются с угловой скоростью w = 2pn 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 Vg и Vd циркулярно поляризованных волн Eg и Ed различны. Поэтому при прохождении этих волн через слой вещества толщиной l между ними возникает сдвиг фаз Dy, равный
.
Если Vg < Vd, то Dy > 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 = Dy/2, пропорциональный l.
Причины различия Vg и Vd связаны с асимметрией молекул оптически активного вещества. В кристаллических веществах оптическая активность может быть также обусловлена особенностями расположения частиц в решетке. Условие Vg < Vd соответствует правовращающему оптически активному веществу, Vg > Vd – левовращающему. В оптически неактивном веществе Vg = Vd.