石英旋光性及其偏光干涉譜的測(cè)試分析.pdf

1、石英晶體是一種重要的光學(xué)材料,旋光性是石英晶體的重要性質(zhì)之一。利用石英晶體的旋光性制成的器件在色散濾波、光通訊、退偏等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn),對(duì)于石英晶體材料雙折射性的研究很多,而對(duì)于其旋光性研究大多是應(yīng)用方面的,對(duì)石英晶體旋光性的本質(zhì)研究報(bào)道很少。
　　 在本論文中,比較系統(tǒng)研究了石英晶體晶系類(lèi)別、微觀結(jié)構(gòu)及原子排列方式、石英旋光率、旋光色散的有關(guān)知識(shí)以及磁致旋光、菲涅耳假設(shè)等知識(shí)。
　　 借鑒有機(jī)螺旋模型理

2、論,分析了石英晶體旋光性與微觀螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系,采用微螺旋結(jié)構(gòu)螺距變化,解釋了石英旋光率的方向性、熱效應(yīng)以及與有機(jī)液體旋光率的差異性。石英微觀螺旋結(jié)構(gòu)特性決定了其螺旋長(zhǎng)度,在一定溫度下是一定的,并且沿光軸方向有最大螺距,這正好體現(xiàn)了旋光現(xiàn)象最明顯、旋光率最大的特點(diǎn)；當(dāng)傳播方向偏離光軸時(shí),螺距向光傳播方向投影后會(huì)變小,從而旋光率也變小,直至垂直光軸方向旋光性為零。當(dāng)溫度變化升高時(shí),石英晶體發(fā)生熱膨脹,內(nèi)部原子距離增大從而導(dǎo)致螺距s變大,

3、旋光率隨之增大,這個(gè)解釋與溫度升高時(shí)石英旋光率測(cè)試結(jié)果吻合。本文也從微觀電磁理論的角度對(duì)晶體旋光性的根本因?yàn)檫M(jìn)行解釋,進(jìn)一步驗(yàn)證了石英體旋光性的因?yàn)椤Ｑ芯空J(rèn)為反對(duì)稱(chēng)旋性張量ε"αβ是物質(zhì)旋光的根本因?yàn)?當(dāng)矩陣ε"αβ或相應(yīng)回轉(zhuǎn)矢量gαβ的元素不全為0時(shí)的物質(zhì)具有旋光性。石英晶體所屬的六方晶系的gαβ的獨(dú)立元素有3個(gè),晶體的對(duì)稱(chēng)性會(huì)使gαβ中的獨(dú)立元素減少。
　　 在石英旋光晶體透射比進(jìn)行了理論分析的基礎(chǔ)上,對(duì)300～1500nm

4、波段范圍內(nèi)常溫狀態(tài)下利用雙光路對(duì)比測(cè)量方法對(duì)偏光干涉譜線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在紫外區(qū)由于石英吸收明顯,峰值透射率偏低,這與理論分析結(jié)果有一定區(qū)別,而且譜線周期很小,因?yàn)槭亲贤鈪^(qū)石英旋光率隨波長(zhǎng)變化率很大；紅外光區(qū)由于旋光率隨波長(zhǎng)變化率趨近于零而導(dǎo)致譜線周期很大；在可見(jiàn)光區(qū)峰值透射比在60％左右,由于旋光率隨波長(zhǎng)變化率不大,晶體厚度對(duì)譜線周期影響明顯。在溫度變化的環(huán)境下對(duì)300～1500nm進(jìn)行了測(cè)試,通過(guò)分析所得譜線及對(duì)應(yīng)極值

5、波長(zhǎng)表明:隨著溫度升高,透射譜線向長(zhǎng)波方向漂移,進(jìn)一步分析得出漂移的主要因?yàn)槭怯捎跍囟壬邔?dǎo)致石英晶體旋光率變大而引起的,其中旋光率變大可以利用螺旋理論解釋為:由于石英晶體熱膨脹導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)中螺距變大造成的。
　　 文章的第三章和第四章是本文的主要部分,也是本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：
　　 1、探索性利用螺旋理論的知識(shí)解釋石英晶體旋光性的有關(guān)特點(diǎn),采用微螺旋結(jié)構(gòu)螺距變化的解釋,較好解釋石英旋光率的方向性、熱效應(yīng)以及與有機(jī)液體旋光

6、率的差異性。
　　 2、用雙光路對(duì)比法對(duì)石英旋光晶體在可見(jiàn)光區(qū)進(jìn)行偏光透射譜線測(cè)試,并對(duì)測(cè)試所得的透射譜線進(jìn)行分析測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,常溫下可見(jiàn)光區(qū),由于旋光率隨波長(zhǎng)變化率不大,晶體厚度對(duì)譜線周期影響明顯；在溫度變化的環(huán)境下,隨著溫度升高,透射譜線向長(zhǎng)波方向平移,進(jìn)一步分析得出平移的主要因?yàn)槭怯捎跍囟壬邔?dǎo)致石英晶體旋光率變大,熱膨脹導(dǎo)致了微觀結(jié)構(gòu)的螺距變大,從而驗(yàn)證了螺旋理論的正確性。
　　 本文理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)