[科普中國]-磁致旋光

磁致旋光現(xiàn)象源于塞曼效應，面偏振光沿磁力線方向通過磁場中的介質(zhì)時，偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

簡介平面偏振光沿磁力線方向通過磁場中的介質(zhì)時，偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。又稱法拉第效應，是M.法拉第在1846年發(fā)現(xiàn)的。

塞曼效應磁致旋光現(xiàn)象源于塞曼效應。介質(zhì)分子中原來簡并的基態(tài)或（和）激發(fā)態(tài)在磁場作用下發(fā)生分裂，使左圓與右圓偏振光的共振吸收頻率不同，從而使它們的吸收曲線和色散曲線相互錯開。

這導致兩種效應：一是使介質(zhì)對一定頻率的左圓與右圓偏振光的吸收率不同，產(chǎn)生磁圓二色性；二是使通過介質(zhì)的平面偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生法拉第效應。這兩種效應總是同時存在的，但磁圓二色性只在吸收峰附近才顯示出來，而法拉第效應對所有物質(zhì)在所有波長都會出現(xiàn)。磁致旋光現(xiàn)象實際上也是由于介質(zhì)對一定波長的左圓偏振光和右圓偏振光的折射率nL和nR不同引起的。旋轉(zhuǎn)的角度正比于Δn,Δn=nL－nR。

理論分析在重疊的吸收峰附近或者當外加磁場使吸收峰分裂為多個組分時，磁致旋光現(xiàn)象的理論分析比較復雜。兩種簡單的極限情況是，介質(zhì)分子只有基態(tài)或激發(fā)態(tài)是簡并的，而且基態(tài)與激發(fā)態(tài)的緊鄰沒有別的能級。在基態(tài)非簡并的情況下磁場只使激發(fā)態(tài)能級發(fā)生分裂。激發(fā)態(tài)的能級很高，在通常條件下分子的集居數(shù)極小，溫度變化對它的影響也很小，旋光作用幾乎與溫度無關(guān)，旋轉(zhuǎn)在吸收峰兩側(cè)差不多是對稱的。通常把這種情況不很嚴格地稱為反磁法拉第效應。當基態(tài)簡并時，磁場使能級分裂，根據(jù)玻耳茲曼定律，分子在分裂后能級上的集居數(shù)不同，高能級的分子少一些。在溫度很高時這種差別可以忽略不計，旋光曲線在吸收峰附近是對稱的。當溫度極低時，高能級上的分子集居數(shù)趨于零，光吸收的低頻成分消失。這個成分的折射率在吸收峰附近的變化沒有典型色散曲線的形狀，幾乎為常數(shù),所以Δn像nL一樣變化,Δn和旋光曲線在吸收峰兩側(cè)不是對稱的。在過渡溫度區(qū)間內(nèi)，旋光曲線強烈依賴于溫度。這種情況稱為順磁法拉第效應。

磁致旋光效應法拉第效應 1845年由M.法拉第發(fā)現(xiàn)。當線偏振光（見光的偏振）在介質(zhì)中傳播時，若在平行于光的傳播方向上加一強磁場，則光振動方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度ψ與磁感應強度B和光穿越介質(zhì)的長度l的乘積成正比，即ψ=VBl，比例系數(shù)V稱為費爾德常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向。上述現(xiàn)象稱為法拉第效應或磁致旋光效應。該效應可用來分析碳氫化合物，因每種碳氫化合物有各自的磁致旋光特性；在光譜研究中，可借以得到關(guān)于激發(fā)能級的有關(guān)知識；在激光技術(shù)中可用來隔離反射光，也可作為調(diào)制光波的手段。

磁光效應編輯

置于外磁場中的物體，在光與外磁場作用下，其光學特性（如吸光特性，折射率等）發(fā)生變化的現(xiàn)象。包括塞曼效應、磁光法拉第效應、科頓-穆頓效應和磁光克爾效應等。這些效應均起源于物質(zhì)的磁化，反映了光與物質(zhì)磁性間的聯(lián)系。

科頓-穆頓效應1907年A.科頓和H.穆頓首先在液體中發(fā)現(xiàn)。光在透明介質(zhì)中傳播時，若在垂直于光的傳播方向上加一外磁場，則介質(zhì)表現(xiàn)出單軸晶體（見雙折射）的性質(zhì)，光軸沿磁場方向，主折射率之差正比于磁感應強度的平方。此效應也稱磁致雙折射。W.佛克脫在氣體中也發(fā)現(xiàn)了同樣效應，稱佛克脫效應，它比前者要弱得多。當介質(zhì)對兩種互相垂直的振動有不同吸收系數(shù)時，就表現(xiàn)出二向色性的性質(zhì)，稱為磁二向色性效應。

克爾磁光效應入射的線偏振光在已磁化的物質(zhì)表面反射時，振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，1876年由J.克爾發(fā)現(xiàn)?？藸柎殴庑謽O向、縱向和橫向三種，分別對應物質(zhì)的磁化強度與反射表面垂直、與表面和入射面平行、與表面平行而與入射面垂直三種情形。極向和縱向克爾磁光效應的磁致旋光都正比于磁化強度，一般極向的效應最強，縱向次之，橫向則無明顯的磁致旋光?？藸柎殴庑淖钪匾獞檬怯^察鐵磁體的磁疇（見磁介質(zhì)、鐵磁性）。不同的磁疇有不同的自發(fā)磁化方向，引起反射光振動面的不同旋轉(zhuǎn)，通過偏振片觀察反射光時，將觀察到與各磁疇對應的明暗不同的區(qū)域。用此方法還可對磁疇變化作動態(tài)觀察。

磁致旋光效應原理編輯

磁致旋光現(xiàn)象源于塞曼效應。介質(zhì)分子中原來簡并的基態(tài)或（和）激發(fā)態(tài)在磁場作用下發(fā)生分裂，使左圓與右圓偏振光的共振吸收頻率不同，從而使它們的吸收曲線和色散曲線相互錯開。這導致兩種效應：一是使介質(zhì)對一定頻率的左圓與右圓偏振光的吸收率不同，產(chǎn)生磁圓二色性；二是使通過介質(zhì)的平面偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生法拉第效應。這兩種效應總是同時存在的，但磁圓二色性只在吸收峰附近才顯示出來，而法拉第效應對所有物質(zhì)在所有波長都會出現(xiàn)。磁致旋光現(xiàn)象實際上也是由于介質(zhì)對一定波長的左圓偏振光和右圓偏振光的折射率nL和nR不同引起的。旋轉(zhuǎn)的角度正比于Δn,Δn=nL－nR。

在重疊的吸收峰附近或者當外加磁場使吸收峰分裂為多個組分時，磁致旋光現(xiàn)象的理論分析比較復雜。兩種簡單的極限情況是，介質(zhì)分子只有基態(tài)或激發(fā)態(tài)是簡并的，而且基態(tài)與激發(fā)態(tài)的緊鄰沒有別的能級。在基態(tài)非簡并的情況下磁場只使激發(fā)態(tài)能級發(fā)生分裂。激發(fā)態(tài)的能級很高，在通常條件下分子的集居數(shù)極小，溫度變化對它的影響也很小，旋光作用幾乎與溫度無關(guān)，旋轉(zhuǎn)在吸收峰兩側(cè)差不多是對稱的。通常把這種情況不很嚴格地稱為反磁法拉第效應。當基態(tài)簡并時，磁場使能級分裂，根據(jù)玻耳茲曼定律，分子在分裂后能級上的集居數(shù)不同，高能級的分子少一些。在溫度很高時這種差別可以忽略不計，旋光曲線在吸收峰附近是對稱的。當溫度極低時，高能級上的分子集居數(shù)趨于零，光吸收的低頻成分消失。這個成分的折射率在吸收峰附近的變化沒有典型色散曲線的形狀，幾乎為常數(shù),所以Δn像nL一樣變化,Δn和旋光曲線在吸收峰兩側(cè)不是對稱的。在過渡溫度區(qū)間內(nèi)，旋光曲線強烈依賴于溫度。這種情況稱為順磁法拉第效應1。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學