成都理工大學(xué)光學(xué)教程課程設(shè)計(jì)

光學(xué)教程課程設(shè)計(jì)(論文)設(shè)計(jì)（論文）題目蔗糖溶液的旋光效應(yīng)學(xué)院名稱核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院專業(yè)名稱學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)任課教師趙曉云設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)教務(wù)處制2015年7月4日

填寫說明專業(yè)名稱填寫為專業(yè)全稱，有專業(yè)方向的用小括號(hào)標(biāo)明；格式要求：格式要求：用A4紙雙面打?。ǚ饷骐p面打?。┗蛟贏4大小紙上用藍(lán)黑色水筆書寫。打印排版：正文用宋體小四號(hào)，1.5倍行距，頁邊距采取默認(rèn)形式（上下2.54cm，左右2.54cm，頁眉1.5cm，頁腳1.75cm）。字符間距為默認(rèn)值（縮放100%，間距：標(biāo)準(zhǔn)）；頁碼用小五號(hào)字底端居中。具體要求：題目（二號(hào)黑體居中）；摘要(“摘要”二字用小二號(hào)黑體居中，隔行書寫摘要的文字部分，小4號(hào)宋體)；關(guān)鍵詞（隔行頂格書寫“關(guān)鍵詞”三字，提煉3-5個(gè)關(guān)鍵詞，用分號(hào)隔開，小4號(hào)黑體)；正文部分采用三級(jí)標(biāo)題；第1章××(小二號(hào)黑體居中，段前0.5行)1.1×××××小三號(hào)黑體×××××（段前、段后0.5行）1.1.1小四號(hào)黑體（段前、段后0.5行）參考文獻(xiàn)（黑體小二號(hào)居中，段前0.5行），參考文獻(xiàn)用五號(hào)宋體，參照《參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則（GB/T7714－2005）》。摘要：旋光性菲涅爾假設(shè):

菲涅爾根據(jù)振動(dòng)中的一個(gè)原理，即任何一個(gè)直線簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)可以看作是兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的同頻率的圓周運(yùn)動(dòng)的組合，認(rèn)為：沿晶體光軸方向傳播的直線偏振光也可以看作是由兩個(gè)同頻率、旋向相反的原偏振光組成。在旋光晶體中，這兩種偏振光有不同的傳播速度。這樣一個(gè)假設(shè)，雖然不能說明現(xiàn)象的本質(zhì)，但能令人信服的說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)鍵詞：旋光，偏振，糖濃度1旋光問題的研究背景1811年,阿喇果（Jago)在研究石英晶體的雙折射特性時(shí)發(fā)現(xiàn):一束線偏振光沿石英晶體的光軸方向傳播時(shí),其振動(dòng)平面會(huì)相對(duì)原方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。由于石英晶體是單軸晶體,光沿著光軸方向傳播不會(huì)發(fā)生雙折射,因而阿喇果發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象應(yīng)該屬于另外一種新現(xiàn)象,這就是晶體中的旋光現(xiàn)象。稍后,比奧(Biot)在一些蒸汽和液態(tài)物質(zhì)中也觀察到了同樣的旋光現(xiàn)象。2旋光效應(yīng)的研究現(xiàn)狀阿喇果發(fā)現(xiàn),當(dāng)線偏振光通過某些透明物質(zhì)時(shí),它的振動(dòng)面將會(huì)繞光的傳播方向轉(zhuǎn)過一定的角度。這種現(xiàn)象就叫旋光效應(yīng),光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過的角度稱為旋光度,使光的振動(dòng)面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)叫做旋光物質(zhì)（進(jìn)一步地,迎著光的傳播方向看,使光的振動(dòng)面順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的物質(zhì)叫右旋物質(zhì),反之則為左旋物質(zhì).常見的旋光物質(zhì)有:石英,朱砂,酒石酸,食糖溶液,松節(jié)油等。利用旋光儀可以測(cè)定這些物質(zhì)的比重,純度或濃度。2004年，尹鑫等人研究了晶體的旋光性與電光效應(yīng)的交互作用以及此交互作用對(duì)旋光晶體電光Q開關(guān)的影響;黃海等對(duì)磁致旋光效應(yīng)和磁光玻璃磁致旋光效應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了探討,對(duì)ZF1、ZF6磁光玻璃的磁致旋光效應(yīng)分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,給出偏振面旋轉(zhuǎn)角與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系,計(jì)算出波長(zhǎng)不變情況下不同磁感應(yīng)強(qiáng)度的費(fèi)爾德常數(shù);張為權(quán)導(dǎo)出了的斜入射時(shí)晶體的相移公式，并用其研究了相移隨入射角和方位角的改變.2005年,高軍伍等提出一種利用磁致旋光效應(yīng)測(cè)量脈沖大電流的方法;田召兵等通過對(duì)硅酸鎵鑭旋光晶體中電光效應(yīng)和旋光效應(yīng)對(duì)光的偏振態(tài)影響的研究,推導(dǎo)出了處于外加電場(chǎng)中的旋光晶體中光的傳播方程的表達(dá)式,以及透過光強(qiáng)的表達(dá)式,并利用幾種簡(jiǎn)單的光學(xué)器件在實(shí)驗(yàn)上得到了很好的驗(yàn)證.2006年，李彪等研究了基于晶體旋光效應(yīng)的近場(chǎng)光學(xué)空間濾波問題,其指出采用偏振光檢偏法選擇不同空間頻率光束的通過與阻擋,可以實(shí)現(xiàn)激光光束的近場(chǎng)空間濾波,用多個(gè)濾波器串接構(gòu)成濾波器組,可提高光束空間窄帶濾波性能.2007年初,任廣軍等利用矩陣方法分析了液晶的旋光效應(yīng),導(dǎo)出了液晶旋光的矩陣表示，利用JG-3型連續(xù)可調(diào)諧磁場(chǎng)儀搭建實(shí)驗(yàn)裝置,紅外1350nm激光器做光源,測(cè)量了偏振光通過磁場(chǎng)作用下BL-009型向列相液晶的旋光角,詳細(xì)分析了磁場(chǎng)對(duì)液晶旋光性能的影響，這對(duì)更好地研究液晶的旋光特性以及液晶器件具有重要的參考價(jià)值.2008年,王益軍等應(yīng)用法拉第磁光效應(yīng)原理,提出利用磁致旋光估測(cè)磁場(chǎng)的方法,提高了磁場(chǎng)測(cè)量的效率,獲得了磁場(chǎng)的直觀分布.2009年,羅濤等通過對(duì)左旋和右旋偏振光判別方法的研究，推導(dǎo)出圓偏振光的合成條件,并且得到了平面偏振光合成橢圓偏振光時(shí)的長(zhǎng)短軸公式,以及橢圓偏振光左旋和右旋在相位差上的判別方法;王建華等研究聚合物分散液晶旋光性能,用旋光儀測(cè)量溫度作用下手性聚合物分散液晶的旋光性變化,結(jié)果與deVries理論相一致.2010年,戴玉梅等激光綜合光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀拓展應(yīng)用的研究，完成利用激光綜合光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀測(cè)得蔗糖溶液的旋光度與其濃度成正比關(guān)系,并利用該關(guān)系進(jìn)行未知濃度蔗糖溶液濃度測(cè)量的拓展實(shí)驗(yàn)研究；張昕明等對(duì)近紅外波段石英晶體旋光率的測(cè)試研究，測(cè)出了石英晶體在近紅外波段的旋光率;劉竹琴等研究了利用光強(qiáng)分布測(cè)試儀測(cè)量蔗糖溶液的旋光率及其濃度，用光強(qiáng)分布測(cè)試儀測(cè)量光強(qiáng),采用數(shù)字檢流計(jì)采集數(shù)據(jù),通過馬呂斯定律計(jì)算出旋光度,從而求出蔗糖溶液的旋光率及其濃度;劉建霞等研究石英晶體旋光折射率特性,分析了在834～841nm波長(zhǎng)處右旋光和左旋光的折射率差值的特性,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,得出了在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)右旋光和左旋光的折射率差值近似為一個(gè)常數(shù),旋光率與右旋光和左旋光折射率差值近似無關(guān).3.旋光理論基礎(chǔ)蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]=+66.6；葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]=+52.5；果糖是左旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]=-91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖的右旋性大，因此隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的右旋角逐漸減小，最后經(jīng)過零點(diǎn)變成左旋。旋光度與濃度成正比，并且溶液的旋光度為溶液中各組分的旋光度之和。物體具有旋光性的條件物體具有旋光性，其結(jié)構(gòu)不能具有空間反演不變的性質(zhì)。對(duì)于分子可以隨機(jī)朝向的多晶或者溶液，分子必須具有手征性，否則不能破壞空間反演不變性，不會(huì)發(fā)生旋光現(xiàn)象.旋光性的維相描述旋光性，可以用左旋光和右旋光具有不同傳播速度維相地進(jìn)行描述.任何偏振光都可以看成左旋光和右旋光的疊加.把左右旋的光疊加成偏振光時(shí)，偏振方向跟兩種光的位相差有關(guān)系.如果兩種光傳播速度不同，就會(huì)產(chǎn)生附加的維相差，導(dǎo)致偏振光旋轉(zhuǎn)。旋光度的測(cè)定旋光儀是用來測(cè)定光學(xué)活性物質(zhì)旋光能力大小和方向的儀器。光學(xué)活性物質(zhì)可以旋轉(zhuǎn)偏振光平面，其大小和方向除了與該物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與測(cè)定時(shí)的溫度、所用光的波長(zhǎng)、溶液的濃度和溶劑、旋光管的長(zhǎng)度等有關(guān)。一般單色光源用鈉光燈，波長(zhǎng)為589nm，以D表示。規(guī)定以每毫升溶液所含溶質(zhì)的克數(shù)作為質(zhì)量濃度的單位。由旋光儀測(cè)得旋光角度后，可以下式計(jì)算旋光度：α為用旋光儀測(cè)得的旋光度；c為溶液的質(zhì)量濃度(g/ml)；l為旋光管的長(zhǎng)度/dm；t為測(cè)定時(shí)溫度(℃)，λ為測(cè)定所用光波波長(zhǎng)(鈉光以D表示)。光活性物質(zhì)為液體時(shí)，則以密度ρ(g/ml)代替c，即若以100ml溶液含溶質(zhì)的克數(shù)，則，如果糖的水溶液，溶液濃度為5g/100ml，在1dm旋光管中測(cè)得旋光角度為-4.64°，則：書寫旋光度時(shí)，除注明溫度，光波波長(zhǎng)外，在數(shù)據(jù)后的括號(hào)內(nèi)，注明其質(zhì)量百分濃度和配制溶液用的溶劑。旋光性和晶體雙折射的類比雙折射晶體可以將偏振光變?yōu)闄E圓偏振光，或者其他方向的偏振光,將兩塊很薄的雙折射晶體以比較隨意的方向疊加(夾角為ψ)，則疊加結(jié)果破壞空間反演不變性。3.1光的偏振理論光的偏振現(xiàn)象及其應(yīng)用光的偏振（polarizationoflight）振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志。光波電矢量振動(dòng)的空間分布對(duì)于光的傳播方向失去對(duì)稱性的現(xiàn)象叫做光的偏振。只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，故光的偏振是光的波動(dòng)性的又一例證。在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，包含一切可能方向的橫振動(dòng)，且平均說來任一方向上具有相同的振幅，這種橫振動(dòng)對(duì)稱于傳播方向的光稱為自然光（非偏振光）。凡其振動(dòng)失去這種對(duì)稱性的光統(tǒng)稱偏振光。常見的偏振應(yīng)擁有1.電子表的液晶顯示用到了偏振光。2.在攝影鏡頭前加上偏振鏡消除反光。3攝影時(shí)控制天空亮度，使藍(lán)天變暗。4.使用偏振鏡看立體電影5、生物的生理機(jī)能與偏振光6、汽車使用偏振片防止夜晚對(duì)面車燈晃眼偏振態(tài)的定義與分類線偏振光在光的傳播過程中，只包含一種振動(dòng)，其振動(dòng)方向始終保持在同一平面內(nèi)，這種光稱為線偏振光（或平面偏振光)。你可以通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)想象這是一種什么景象：你把一根繩子的一頭拴在鄰居院子里的樹上，另一頭拿在你手里。再假定繩子是從籬笆的兩根竹子的正當(dāng)中穿過去的。如果你現(xiàn)在拿繩子上下振動(dòng)，繩子產(chǎn)生的波就會(huì)從兩根竹子之間通過，并從你的手傳到那棵樹上。這時(shí)，那座籬笆對(duì)你的波來說是"透明的"。但是，要是你讓繩子左右波動(dòng)，繩子就會(huì)撞在兩根竹子上，波就不會(huì)通過籬笆了，這時(shí)這座籬笆就相當(dāng)于一個(gè)起偏振器件。部分偏振光光波包含一切可能方向的橫振動(dòng)，但不同方向上的振幅不等，在兩個(gè)互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值，這種光稱為部分偏振光。自然光和部分偏振光實(shí)際上是由許多振動(dòng)方向不同的線偏振光組成。當(dāng)光線從空氣（嚴(yán)格地說應(yīng)該是真空）射入介質(zhì)時(shí)，布儒斯特角的正切值等于介質(zhì)的折射率n。由于介質(zhì)的折射率是與光波長(zhǎng)有關(guān)的，對(duì)同樣的介質(zhì)，布儒斯特角的大小也是與光波長(zhǎng)有關(guān)的。以光學(xué)玻璃折射率1.4-1.9計(jì)算，布儒斯特角大約為54-62度左右。當(dāng)入射角偏離布儒斯特角時(shí)，反射光將是部分偏振光。橢圓偏振光在光的傳播過程中，空間每個(gè)點(diǎn)的電矢量均以光線為軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且電矢量端點(diǎn)描出一個(gè)橢圓軌跡，這種光稱為橢圓偏振光。迎著光線方向看，凡電矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的稱右旋橢圓偏振光，凡逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的稱左旋橢圓偏振光。橢圓偏振光中的旋轉(zhuǎn)電矢量是由兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向互相垂直、有固定相位差的電矢量振動(dòng)合成的結(jié)果(見波片)。圓偏振光旋轉(zhuǎn)電矢量端點(diǎn)描出圓軌跡的光稱圓偏振光，是橢圓偏振光的特殊情形。在我們的觀察時(shí)間段中平均后，圓偏振光看上去是與自然光一樣的。但是圓偏振光的偏振方向是按一定規(guī)律變化的，而自然光的偏振方向變化是隨機(jī)的，沒有規(guī)律的。3.2偏振光的旋光效應(yīng)當(dāng)一束線偏振光光透過某種透明介質(zhì)后，出射光的振動(dòng)面相對(duì)入射光的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)了一定角度，這種現(xiàn)象即是旋光效應(yīng)。常見的旋光效應(yīng)是自然旋光效應(yīng)，介質(zhì)在沒有任何外界作用下能產(chǎn)生旋光現(xiàn)象。除了自然旋光外，一些不能自然旋光的物質(zhì)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、應(yīng)力等外界因素的影響下，也能使透過它的偏振光發(fā)生偏振角度旋轉(zhuǎn)，這樣的旋光效應(yīng)有：磁致旋光效應(yīng)、克爾電光效應(yīng)、光彈效應(yīng)等。自然旋光效應(yīng)自然界中存在一些物質(zhì),當(dāng)線偏振光沿光軸方向通過這些物質(zhì)后,其偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn),即發(fā)生旋光現(xiàn)象,稱之為自然旋光。旋光現(xiàn)象最早由阿拉果在石英晶體中發(fā)現(xiàn),隨后畢奧發(fā)現(xiàn)一些各向同性的氣體和液體也具備該特性;而一些不具備自然旋光本領(lǐng)的晶體在磁場(chǎng)的作用下,偏振面產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為磁光效應(yīng),該現(xiàn)象在1846年由法拉第首次發(fā)現(xiàn),也稱為法拉第效應(yīng)。線偏振光沿光軸方向入射到晶體中,其光強(qiáng)可以分解為左旋圓偏振光和右旋圓偏振光,對(duì)應(yīng)的折射率分別為nL和nR,它們?cè)诰w中傳播距離l后產(chǎn)生的相位差可以用角位移表示為在外加磁場(chǎng)為零的情況下,晶體本身滿足nL－nR≠0,則該晶體具備自然旋光特性,自然旋光是晶體本身具有的一種旋光本領(lǐng),不需要外加磁場(chǎng),可以直接測(cè)量該旋光晶體的偏轉(zhuǎn)角,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。只有在外加磁場(chǎng)不為零時(shí),晶體才滿足nL－nR≠0,則該晶體為磁光晶體,利用法拉第效應(yīng)來描述,測(cè)量其偏轉(zhuǎn)角時(shí)需要外加磁場(chǎng),實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示,通過直流勵(lì)磁和交流勵(lì)磁的開關(guān)來控制恒定磁場(chǎng)和時(shí)變磁場(chǎng)磁光調(diào)制器是由在鋱玻璃周圍環(huán)繞交流激勵(lì)電信號(hào)的勵(lì)磁線圈構(gòu)成。假定線圈所加交流電信號(hào)為i=i0sin(ωt)時(shí),產(chǎn)生的時(shí)變磁場(chǎng)為B=B0sin(ωt),則晶體的磁致旋轉(zhuǎn)角θ=θ0sin(ωt),根據(jù)馬呂斯定律I=I0cos2α,檢偏器的輸出光強(qiáng)可得其中α為起偏器和檢偏器主截面的初始夾角。利用三角函數(shù)公式,式(2)可變形為當(dāng)α=0,將cos(δsin(ωt))=J0(δ)+2J2(δ)cos(2ωt)+4J4(δ)cos(4ωt)+…代入式(3)可得可以發(fā)現(xiàn):起偏器和檢偏器偏振軸平行時(shí),輸出光中出現(xiàn)了調(diào)制信號(hào)的倍頻信號(hào)。4.旋光問題的應(yīng)用4.1.光學(xué)隔離器法拉第效應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角旋光方向與磁場(chǎng)方向有關(guān),與傳播方向無關(guān)。如果光往返通過磁光晶體,由本身自然旋光引起的偏轉(zhuǎn)角與磁場(chǎng)方向有關(guān)而抵消掉。如圖5所示,當(dāng)法拉第效應(yīng)引起的偏轉(zhuǎn)角為π/4時(shí),反射光通過法拉第盒后的偏振方向與起偏器P1方向正交而無法通過。此現(xiàn)象表明法拉第旋光效應(yīng)是一個(gè)不可逆的光學(xué)過程,可利用這種現(xiàn)象制成或單通光閘等器件。4.2糖濃度檢測(cè)糖濃度檢測(cè)現(xiàn)狀糖濃度的檢測(cè)技術(shù)是食品分析技術(shù)中很重要的一部分。在食品分析工作中,由于分析的目的不同,或者是由于被測(cè)組分和干擾成分的性質(zhì)以及它們?cè)谑称分写嬖诘臄?shù)量的差異,所選擇的檢測(cè)方法也各不相同。食品分析采用的方法有感官檢驗(yàn)法!化學(xué)分析法!儀器分析法!微生物分析法和酶分析法。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中與在工業(yè)生產(chǎn)中都各自有常用的一些方法。2.糖濃度檢測(cè)原理線偏振光通過某些物質(zhì)的溶液后，偏振的振動(dòng)面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)的角度稱為該物質(zhì)的旋光度。通常用旋光儀來測(cè)量物質(zhì)的旋光度。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的旋光能力、溶液的性質(zhì)、溶液濃度、樣品管長(zhǎng)度、溫度及光的波長(zhǎng)等有關(guān)。當(dāng)其它條件均固定時(shí)，旋光度與溶液濃度C呈線性關(guān)系，即Θ=βC上式中，比例常數(shù)β與物質(zhì)旋光能力、溶劑性質(zhì)、樣品管長(zhǎng)度、溫度及光的波長(zhǎng)等有關(guān)，C為溶液的濃度。物質(zhì)的旋光能力用比旋光度即旋光率來度量，旋光率用下式表示：(2)上式中右上角的t表示實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度（單位光：oC),λ是指旋光儀采用的單色光源的波長(zhǎng)(單位：nm)，θ為測(cè)得的旋光度(o)，l為樣品管長(zhǎng)度（單位：dm），C為溶液濃度（單位：g/100mL）。由式可知：①偏振光的振動(dòng)面是隨著光在旋光物質(zhì)中向前進(jìn)行而逐漸旋轉(zhuǎn)的，因而振動(dòng)面轉(zhuǎn)過角度θ透過的長(zhǎng)度l成正比；②振動(dòng)面轉(zhuǎn)過的角度θ不僅與透過的長(zhǎng)度l成正比，而且還與溶液濃度C成正比。如果已知待測(cè)物質(zhì)濃度C和液柱長(zhǎng)度l，只要測(cè)出旋光度θ就可以計(jì)算出旋光率。如果已知液柱長(zhǎng)度l為固定值，可依次改變?nèi)芤旱臐舛菴就可測(cè)得相應(yīng)旋光度θ。并作旋光度θ與濃度的系直線，從直線斜率、長(zhǎng)度l及溶液濃度C，可計(jì)算出該物質(zhì)的旋光率；同樣也可以測(cè)量旋光性溶液的旋光度θ，確定溶液的濃度C。旋光性物質(zhì)還有右旋和左旋之分。當(dāng)面對(duì)光射來方向觀察，如果振動(dòng)面按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則稱右旋物質(zhì)；如果振動(dòng)面向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，稱左旋物質(zhì)。表1給出了一些藥物在溫度t=20oC,偏振光波長(zhǎng)為鈉光λ589.3nm(相當(dāng)于太陽光中的D線)時(shí)的旋光率。3.3油霧濃度檢測(cè)油霧濃度檢測(cè)現(xiàn)狀隨著油霧潤(rùn)滑技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于油霧潤(rùn)滑技術(shù)的性能參數(shù)油霧濃度的定量檢測(cè)越來越引起人們的重視。油霧濃度檢測(cè)一直是油霧潤(rùn)滑領(lǐng)域的技術(shù)難點(diǎn)，至今沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其原因主要是：測(cè)量具有特殊性，不能用慣用的燃燒方法或化學(xué)反應(yīng)方法；油霧的表面張力大，吸附性強(qiáng)等。以上這些都限制了慣用的測(cè)量方法運(yùn)用于油霧濃度測(cè)量。目前油霧濃度檢測(cè)方法從檢測(cè)原理可以分為兩類：一類是直接測(cè)量法，主要是運(yùn)用自動(dòng)粒子計(jì)數(shù)器和紅外氣體分析儀直接對(duì)油霧進(jìn)行測(cè)量；另一類是間接測(cè)量法，主要是對(duì)油霧中的油滴進(jìn)行吸附或間接的獲取油霧濃度的相關(guān)參數(shù)然后再使用稱重分析法、熒光分析法、近紅外光分析法、介電常數(shù)法、靜電電流法、散射法、閃爍法等進(jìn)行分析計(jì)算。以上方法測(cè)量精度較難保證，且難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量。油霧具有旋光性，且為左旋，當(dāng)偏振光通過油霧時(shí)其振動(dòng)面會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，本研究將偏振光旋光原理運(yùn)用在油霧濃度的檢測(cè)方面，實(shí)踐證明這種嘗試是正確的，測(cè)量效果令人滿意。油霧濃度檢測(cè)原理當(dāng)線偏振光通過某些物質(zhì)后，光矢量的振動(dòng)方向繞著光傳播方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象。對(duì)于旋光性溶液來說，旋光角度θ與溶液濃度C之間的關(guān)系可以表示為，式中t代表測(cè)定時(shí)的溫度；λ為入射到被測(cè)物質(zhì)的光波波長(zhǎng)；d為偏振光所經(jīng)過溶液的長(zhǎng)度；為比旋光度。在t和λ一定，α和d確定后，使偏振光通過待測(cè)溶液，利用溶液對(duì)偏振光的旋光作用便可以檢測(cè)出溶液的濃度[3-4]，其表達(dá)式為C=θ/αd。當(dāng)線偏振光通過磁場(chǎng)作用的法拉第旋光器時(shí)，光矢量的振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)一定的角度，角度的大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，這種現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)或磁致旋光效應(yīng)。偏轉(zhuǎn)角度φ與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系可以表示為φ=VHL，式中V為旋光材料的費(fèi)爾德常數(shù)，L為光經(jīng)過旋光材料的路徑長(zhǎng)度[5、14]。3.4光電裝備隱身技術(shù)“貓眼”效應(yīng)普遍存在于光電裝備的光學(xué)窗口中，是對(duì)方實(shí)施光學(xué)窗口主動(dòng)偵測(cè)的物理依據(jù)。激光主動(dòng)探測(cè)技術(shù)就是利用貓眼效應(yīng)，通過發(fā)射激光束實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)目標(biāo)的掃描、偵察和識(shí)別。目前，美、俄等軍事強(qiáng)國(guó)已經(jīng)裝備了比較完備的集光學(xué)窗口偵測(cè)、干擾和致盲為一體的激光武器系統(tǒng)，在近年來的幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，激光主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)憑借其較高的定位精度和快速的探測(cè)速度大大提高了戰(zhàn)場(chǎng)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，凸顯出驚人的作戰(zhàn)效果和威力，而國(guó)內(nèi)對(duì)“貓眼”效應(yīng)的研究還處于理論分析和實(shí)驗(yàn)室研究階段，在應(yīng)用領(lǐng)域還是空白，在對(duì)方具備實(shí)施“貓眼”主動(dòng)偵測(cè)的條件下，即使我方采用被動(dòng)觀測(cè)方式，如微光夜視儀、熱像儀等各種夜視裝備，也會(huì)暴露無遺。如若不采取反偵測(cè)措施，我方必將受到對(duì)方激光偵測(cè)及其武器系統(tǒng)的壓制和破壞，造成光電裝備迷盲、失控和失效，因此“貓眼效應(yīng)”已經(jīng)成為光電裝備的探測(cè)威脅。如何降低“貓眼效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)光電裝備的“隱身”，成為提高光電裝備戰(zhàn)場(chǎng)生存能力亟待解決的問題。目前，國(guó)內(nèi)在光電裝備隱身技術(shù)研究上相對(duì)滯后，提到了用蜂窩板裝置實(shí)現(xiàn)狙擊步槍瞄準(zhǔn)鏡的隱身，但是其僅限于在狙擊槍瞄準(zhǔn)鏡上使用且加裝蜂窩板后瞄準(zhǔn)鏡的觀察距離會(huì)大大降低；提出通過增加光敏面的離焦量、在光敏面上鍍?cè)鐾改せ驅(qū)饷裘孢M(jìn)行漫反射處理等方法進(jìn)行光電裝備隱身，但這些方法會(huì)改變?cè)泄怆娧b備的光學(xué)結(jié)構(gòu)，甚至嚴(yán)重影響光電裝備的探測(cè)性能。由此可見，如何在不改變光學(xué)結(jié)構(gòu)及犧牲有限光電裝備光學(xué)性能的前提下，有效實(shí)現(xiàn)隱身成為光電裝備反偵測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵?，F(xiàn)從降低貓眼回波功率出發(fā)，基于特殊晶體的磁致旋光效應(yīng)，利用晶體的旋光與互易特性，設(shè)計(jì)了光電裝備光學(xué)窗口外置隱身裝置。基于磁致旋光效應(yīng)的隱身原理前人的實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于一定波長(zhǎng)的光，法拉第旋轉(zhuǎn)角θ與晶體的厚度Ｄ成正比，表示為：（3-9）式（3-9）中，為費(fèi)德樂常數(shù)，Ｂ為磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁致旋光晶體的另一重要特性為旋轉(zhuǎn)方向的非互易性。對(duì)給定的物質(zhì)，光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)方向僅由磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ的方向決定，與光的傳播方向并與Ｂ同向或反向無關(guān)，這一特點(diǎn)可使光在介質(zhì)中往返數(shù)次而使旋轉(zhuǎn)角度加大。利用旋光晶體的上述特性，選取一定長(zhǎng)度的晶體，使探測(cè)激光進(jìn)入晶體且經(jīng)貓眼系統(tǒng)反射折回后振動(dòng)方向發(fā)生變化，配合偏振器件的使用達(dá)到阻止貓眼回波的隱身效果[8～９]。隱身裝置設(shè)計(jì)基于磁致旋光晶體的旋光特性，設(shè)計(jì)了光電裝備光學(xué)窗口外置隱身裝置，圖3-3為其原理圖。隱身裝置由一個(gè)偏振片和一定長(zhǎng)度的磁致旋光晶體組成，加載與光軸方向同向的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與旋光晶體的長(zhǎng)度能夠保證線偏振光一次穿過后振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)45°。圖3.3隱身裝置原理圖光電裝備處于正常工作狀態(tài)時(shí)，給晶體加以沿光軸方向的磁場(chǎng)，此時(shí)不影響光學(xué)窗口正常觀察和瞄準(zhǔn)目標(biāo)。當(dāng)探測(cè)系統(tǒng)發(fā)射的探測(cè)激光通過偏振片時(shí)，探測(cè)激光變?yōu)楹推衿较虻木€偏振光，經(jīng)過旋光晶體后偏振方向旋轉(zhuǎn)45°。偏振光經(jīng)隱身裝置透射進(jìn)入貓眼系統(tǒng)后按原路返回再次經(jīng)過旋光晶體，偏振方向再次旋轉(zhuǎn)45°，旋轉(zhuǎn)角疊加至90°。此時(shí)，線偏振光的振動(dòng)方向與偏振片偏振方向垂直，根據(jù)馬呂斯定律，此時(shí)線偏振光不能透過，因此，貓眼目標(biāo)回波被截止在了隱身裝置內(nèi)部。顯然，此時(shí)主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)已探測(cè)不到回波信號(hào)，貓眼目標(biāo)淹沒在背景中，達(dá)到隱身的效果。旋光效應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹坑^察偏振光通過旋光物質(zhì)的現(xiàn)象了解旋光儀的結(jié)構(gòu)原理學(xué)習(xí)用旋光儀測(cè)量旋光性溶液的旋光率和溶液【實(shí)驗(yàn)原理】光是電磁波，它的電場(chǎng)和磁場(chǎng)矢量互相垂直，且又垂直于光的傳播方向。通常用電矢量代表光矢量，并將光矢量與光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱為振動(dòng)面。在傳播方向垂直的平面內(nèi)，光矢量可能有各種各樣的振動(dòng)狀態(tài)，被稱為光的偏振態(tài)。若光的矢量方向是任意的，且各方向上光矢量大小的時(shí)間平均值是相等的，這種光稱為自然光。若光矢量可以采取任何方向，但不同的方向其振幅不同，某一方向振動(dòng)的振幅最強(qiáng)，而與該方向垂直的方向振動(dòng)最弱，則稱為部分偏振光。若光矢量的方向始終不變，只是它的振幅隨位相改變，光矢量的末端軌跡是一條直線，則稱為線偏振光。當(dāng)線偏振光通過某些透明物質(zhì)（例如糖溶液）后，偏振光的振動(dòng)面將以光的傳播方向?yàn)檩S線旋轉(zhuǎn)一定角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的角度φ稱為旋光度。能使其振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為旋光性物質(zhì)。旋光性物質(zhì)不僅限于像糖溶液、松節(jié)油等液體，還包括石英、朱砂等具有旋光性質(zhì)的固體。不同的旋光性物質(zhì)可使偏振光的振動(dòng)面向不同方向旋轉(zhuǎn)。若面對(duì)光源，使振動(dòng)面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為右旋物質(zhì)；使振動(dòng)面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為左旋物質(zhì)。偏振光在國(guó)防、科研和生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用：海防前線用于了望的偏光望遠(yuǎn)鏡，立體電影中的偏光眼鏡，分析化學(xué)和工業(yè)中用的偏振計(jì)和量糖計(jì)都與偏振光有關(guān)。激光光源是最強(qiáng)的偏振光源，高能物理中同步加速器是最好的X射線偏振源。隨著新概念的飛躍發(fā)展，偏振光成為研究光學(xué)晶體、表面物理的重要手段如圖1所示，線偏振光通過某些物質(zhì)的溶液（如蔗糖溶液等）時(shí)，偏振光的振動(dòng)面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)的角度ψ稱為旋光度。實(shí)驗(yàn)證明，線偏振光通過旋光性溶液后，其旋光度與溶液的化學(xué)濃度c成正比，也與光所通過的液體層厚度L成正比，即ψ=αcL（1）式中ψ的單位是°（度），c的單位是g/cm^3，L的單位是dm（10cm），α表征了物質(zhì)的旋光性質(zhì)，稱為旋光率，它在數(shù)值上等于線偏振光通過厚度為10cm，濃度為1cm^3溶液含1g旋光物質(zhì)的液體層后，其偏振面旋轉(zhuǎn)的角度。實(shí)驗(yàn)還表明，同一旋光物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的旋光率；在一定溫度下，它的旋光率與入射光波長(zhǎng)λ^2成反比，即隨波長(zhǎng)λ的減小而迅速增大，故一般用鈉黃光（λ=5893nm）測(cè)定旋光率。若已知待測(cè)旋光性溶液的濃度c和液層厚度L，測(cè)出相應(yīng)的旋光度ψ后，就可由式（1）求出其旋光率。當(dāng)液體層厚度L不變時(shí)，若依次改變濃度c，測(cè)出相應(yīng)的旋光度ψ，然后畫出其曲線ψ~c曲線后，可測(cè)量光通過濃度待測(cè)的同種溶液的旋光度ψ，由ψ~c曲線查出對(duì)應(yīng)的濃度，即待測(cè)液體的濃度。某些晶體（如石英晶體）也具有旋光性質(zhì)，其旋光度ψ=αd，其中d為晶體通光方向的厚度，單位為毫米(mm),可見，晶體的旋光率的數(shù)值上等于偏振光通過1mm的晶體后偏振面的旋轉(zhuǎn)角度。上述忽略了溫度及溶液濃度對(duì)旋光率的影響，實(shí)際上旋光率α與溫度及濃度有關(guān)，例如在20°時(shí)，對(duì)鈉黃光蔗糖水溶液的旋光率為α20=66.412+0.01267c-0.000376c^2其中，濃度c=0~50g/dm^3當(dāng)溫度t偏離20°附近時(shí)，在14~30°時(shí)，其旋光率隨溫度變化的關(guān)系為Αt=c20[1-0.00037（t-20）]即在20°附近，溫度每升高或降低1°，蔗糖水溶液的旋光率減小或增加0.24%?！緦?shí)驗(yàn)裝置】旋光儀，溶液，測(cè)管。旋光儀；實(shí)驗(yàn)時(shí)用光強(qiáng)檢測(cè)器替代（1）打開電源，使鈉燈預(yù)熱5分鐘（2）調(diào)節(jié)光強(qiáng)測(cè)量器。（3）確定參考點(diǎn)：調(diào)檢偏器旋鈕，使光強(qiáng)度為0，記下檢偏器上讀數(shù)。（4）液體應(yīng)裝滿測(cè)試管，若有氣泡，氣泡應(yīng)在試管的突起處，再將試管插入兩偏振片中間，（5)旋轉(zhuǎn)檢偏器使光強(qiáng)再次為0記下讀數(shù)，即為完成一次測(cè)量，重復(fù)五次。（6）測(cè)量液層厚度L不變，但是在不同濃度下溶液的旋光度ψ，在坐標(biāo)紙上作出ψ~c曲線，并由此求出該物質(zhì)的旋光率。（7）測(cè)出待測(cè)溶液的旋光度ψ，由上述ψ~c曲