Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ОПТИ́ЧЕСКАЯ АКТИ́ВНОСТЬ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 24. Москва, 2014, стр. 283

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: А. Ф. Константинова

ОПТИ́ЧЕСКАЯ АКТИ́ВНОСТЬ, свой­ст­во не­ко­то­рых ве­ществ вра­щать плос­кость по­ля­ри­за­ции про­хо­дя­ще­го че­рез них ли­ней­но по­ля­ри­зо­ван­но­го све­та. О. а. – ча­ст­ное, наи­бо­лее из­вест­ное про­яв­ле­ние ги­ро­тро­пии. Об­на­ру­же­на в 1811 Д. Ф. Ара­го в квар­це, а в 1815 Ж. Б. Био – в ор­га­нич. ве­ще­ст­вах, он же ус­та­но­вил за­кон вра­ще­ния плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции (Био за­кон). О. а. мо­жет быть ес­те­ст­вен­ной и на­ве­дён­ной. Ве­ще­ст­ва, об­ла­даю­щие ес­те­ст­вен­ной О. а., на­зы­ва­ют­ся оп­ти­че­ски ак­тив­ны­ми ве­ще­ст­ва­ми. Ис­кус­ст­вен­ная О. а. мо­жет воз­ни­кать при разл. внеш­них воз­дей­ст­ви­ях, напр. в маг­нит­ном по­ле (Фа­ра­дея эф­фек­ты), при при­ло­же­нии уп­ру­гих на­пря­же­ний, при из­ме­не­нии тем­пе­ра­ту­ры.

Вра­ще­ние плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции об­ус­лов­ле­но тем, что вол­ны с раз­ной кру­го­вой по­ля­ри­за­ци­ей – пра­вой (по ча­со­вой стрел­ке) и ле­вой (про­тив ча­со­вой стрел­ки) – рас­про­стра­ня­ют­ся с разл. ско­ро­стя­ми. Т. к. ли­ней­но по­ля­ри­зо­ван­ную вол­ну мож­но пред­ста­вить в ви­де сум­мы волн с пра­вой и ле­вой кру­го­вой по­ля­ри­за­цией, то вслед­ст­вие раз­ни­цы их скоро­стей на вы­хо­де из ве­ще­ст­ва плос­кость по­ля­ри­за­ции вол­ны ока­зы­ва­ет­ся по­вёр­ну­той на не­ко­то­рый угол $\phi=\pi d(n_--n_+)/\lambda$. Здесь $d$ – дли­на пу­ти све­та в ве­ще­ст­ве, $n_-$ и $n_+$ – по­ка­за­те­ли пре­лом­ле­ния для волн с кру­го­вой по­ля­ри­за­ци­ей, $\lambda$  – дли­на вол­ны. За ме­ру О. а. ве­ще­ст­ва (удель­ную вра­ща­тель­ную спо­соб­ность) при­ни­ма­ют угол по­во­ро­та на еди­ни­це пу­ти: $\alpha=\phi/d$. Для жид­ко­стей и рас­тво­ров, в от­ли­чие от кри­стал­лов, удель­ную вра­щат. спо­соб­ность $[\alpha]=\alpha/\rho$ ($\rho$ – плот­ность) и удель­ное вра­ще­ние $[\alpha]=\alpha/C$ ($C$ – кон­цен­тра­ция) обо­зна­ча­ют в квад­рат­ных скоб­ках. Ве­ли­чи­на $\alpha$ за­ви­сит от дли­ны вол­ны све­та, т. е. на­блю­да­ет­ся дис­пер­сия оп­ти­че­ско­го вра­ще­ния, по­ве­де­ние ко­то­рой за­ви­сит от свойств и строе­ния ве­ще­ст­ва, а так­же от фи­зич. про­цес­са, ко­то­рый соз­да­ёт вра­ще­ние.

О. а. мо­жет быть свя­за­на с асим­мет­рич­ным строе­ни­ем мо­ле­кул ве­ще­ст­ва, не имею­щих ни цен­тра сим­мет­рии, ни плос­ко­сти сим­мет­рии (т. н. мо­ле­ку­ляр­ная О. а.). Та­кая О. а. об­на­ру­жи­ва­ет­ся во всех аг­ре­гат­ных со­стоя­ни­ях и рас­тво­рах.

Для мн. кри­стал­лов О. а. свя­за­на с их асим­мет­рич­ной струк­ту­рой (т. н. струк­тур­ная О. а.) (см. Энан­тио­мор­физм). Из 32 клас­сов сим­мет­рии струк­тур­ная О. а. на­блю­да­ет­ся в 18 клас­сах сим­мет­рии и от­сут­ст­ву­ет в цен­тро­сим­мет­рич­ных крис­тал­лах. В боль­шин­ст­ве од­но­ос­ных и дву­ос­ных кри­стал­лов О. а. опре­де­ля­ет­ся не толь­ко свой­ст­ва­ми и рас­по­ло­же­ни­ем мо­ле­кул, но и вкла­дом кол­лек­тив­ных эф­фек­тов, за­ви­ся­щих от зон­ной струк­ту­ры кри­стал­ла. О. а. на­блю­да­ет­ся на ко­ле­бат. и вра­щат. пе­ре­хо­дах в мо­ле­ку­лах, а так­же на оп­тич. и аку­стич. вет­вях ко­ле­ба­ний кри­стал­лич. ре­шёт­ки.

Вращение плоскости поляризации в нехиральном кристалле с симметрией класса m в направлениях двух оптических осей.

В кри­стал­лах пла­наль­ных клас­сов $m$ и др. О. а. про­яв­ля­ет­ся по-дру­го­му. Эти кри­стал­лы об­ла­да­ют плос­ко­стя­ми сим­мет­рии или цен­тром ин­вер­сии, ко­то­рые не­до­пус­ти­мы для хи­раль­ных сред. В оп­ти­че­ски ак­тив­ных дву­ос­ных кри­стал­лах О. а. слож­нее, т. к. они име­ют две оп­тич. оси, не сов­па­даю­щие с на­прав­ле­нием сим­мет­рии. Кро­ме то­го, плос­кость сим­мет­рии в груп­пе $m$ мо­жет пе­ре­се­кать ось вра­ще­ния под раз­ны­ми уг­ла­ми и по­это­му соз­да­вать об­рат­ное вра­ще­ние в на­прав­ле­нии др. оп­тич. оси. Т. о., не­хи­раль­ный кри­сталл об­ла­да­ет О. а. и име­ет оди­на­ко­вые ве­ли­чи­ны вра­ще­ния, но с про­ти­во­по­лож­ны­ми зна­ка­ми в на­прав­ле­ни­ях двух оп­тич. осей (рис.).

В жид­ких хо­ле­сте­ри­че­ских кри­стал­лах, в ко­то­рых мо­ле­ку­лы каж­до­го по­сле­дую­ще­го слоя по­вёр­ну­ты от­но­си­тель­но пре­ды­ду­ще­го, мо­ле­ку­лы об­ра­зу­ют вин­то­вые струк­ту­ры с ша­гом, за­ви­ся­щим от темп-ры. Эти кри­стал­лы об­ла­да­ют боль­шой О. а., до­сти­гаю­щей 105 °/мм. По­это­му они ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в ка­че­ст­ве дат­чи­ков темп-ры.

О. а. ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся для ис­сле­до­ва­ния про­стран­ст­вен­ной струк­ту­ры мо­ле­кул и меж­мо­ле­ку­ляр­ных взаи­мо­дей­ст­вий. О. а. из­ме­ря­ет­ся с по­мо­щью спек­тро­по­ля­ри­мет­ров, са­ха­ри­мет­ров и дих­ро­гра­фов. Из­ме­ре­ния О. а. и кру­го­во­го дих­ро­из­ма час­то бо­лее ин­фор­ма­тив­ны, чем др. ме­то­ды спек­тро­ско­пии, т. к. она чув­ст­ви­тель­на к меж­мо­ле­ку­ляр­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ям.

В ре­зуль­та­те са­мо­воз­дей­ст­вия ли­ней­но по­ля­ри­зо­ван­но­го све­та очень боль­шой ин­тен­сив­но­сти мо­жет про­ис­хо­дить по­во­рот его плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции – не­ли­ней­ный ана­лог ес­теств. оп­тич. ак­тив­но­сти.

Лит.: Аг­ра­но­вич В. М., Гинз­бург В. Л. Кри­стал­ло­оп­ти­ка с уче­том про­стран­ст­вен­ной дис­пер­сии и тео­рия эк­си­то­нов. 2-е изд. М., 1979; Ки­зель В. А., Бур­ков В. И. Ги­ро­тро­пия крис­тал­лов. М., 1980; Кон­стан­ти­но­ва АФ., Гре­чуш­ни­ков БН., Бо­куть БВ., Ва­ляш­ко ЕГ. Оп­ти­че­ские свой­ст­ва кри­стал­лов. Минск, 1995; Лан­дау Л. Д., Лиф­шиц Е. М. Элек­тро­ди­на­ми­ка сплош­ных сред. 4-е изд. М., 2005; Ньюн­хем РЭ. Свой­ст­ва ма­те­риа­лов: Ани­зо­тро­пия, сим­мет­рия, струк­ту­ра. М., 2007.

Вернуться к началу