介质的旋光性指的是线偏振光通过该介质后，偏振面会旋转一个角度，具有旋光性的介质称为旋光介质，主要包括石英晶体、液晶以及光学活性物质。介质的旋光特性主要由介质的旋光率的色散特性、旋光率的温度特性以及左旋、右旋属性给出。本文介绍了一种基于光谱分析法快速、准确测量介质旋光特性的方案。

实验测试采用双光路方法进行，系统框图如图1所示。光源要求其光谱范围至少覆盖所研究的旋光率色散特性对应的光谱范围，即光源应为宽谱光源，实验中采用钨灯，光源发出的光进入准直透镜，准直透镜的作用是对光源发出的光进行准直，使其变为准直光束，然后进入单色仪，光束通过单色仪后变为单波长的光，经过半透半反镜分成反射和透射的两部分,两部分的光强度基本相等，透射部分的光依次经过偏光棱镜1、待测石英晶体样品、偏光棱镜2后，进入光探测器1，构成测量光路；反射部分的光由反射镜反射后，经过偏光棱镜3，再进入光探测器2，构成参考光路。计算机对单色仪中光栅的旋转进行控制，以使单色仪按要求输出不同波长的光，同时，将光探测器1和光探测器2探测得到的光强大小进行对比，得到测量光路的光强透射比。注意，参考光路也是线偏振光，因此，光强透射比η随旋光率ρ的变化关系需要修正，变为公式1： 

η = q(λ)cos²(ρd)

h处于极大值和极小值时对应的旋光率rhmax 和rhmin依然满足公式2:

η = q(λ)cos²(ρd)/2

图 1实验测试光路示意图

具体测量步骤如下:（1）布置测量光路和参考光路。参照图1，在测量光路中放置充当起偏器的偏光棱镜1和充当检偏器的偏光棱镜2，并对二者进行调整，使得偏光棱镜1和偏光棱镜2的透振方向相互平行；在参考光路上放置偏光棱镜3并进行调整，使其透振方向和偏光棱镜1相同。

（2）在计算机上进行光谱扫描的范围、扫描速度、狭缝的宽度和取样时间间隔等参数的设定，然后对两光路的光进行预校准，方法是在分光光度计进行连续波长扫描时，两光路的光强相等，此时透射率校准为1。 

（3）将待测石英晶体样品放入偏光棱镜1和偏光棱镜2之间，待测石英晶体样品的晶体光轴与入射端面垂直，对样品进行调整，使入射光束垂直于样品的入射端面，进行连续波长扫描，得到测量光路的光强透光比η随光波波长λ的变化曲线。

待测图石英晶体样品厚度d =26.750mm，单色仪的出光波长λ在300-2000nm之间变化时，测量光路光强透射比η随波长λ的变化曲线如图2所示，该曲线是由一系列波峰波谷组成的平滑曲线，与上公式给出的余弦特性曲线一致，并且由于旋光率随波长变化，导致曲线疏密不一致，波长越短，波峰波谷间隔越近，曲线越密集；波长越长，波峰波谷间隔越远，曲线越稀疏；当波长大于 1500nm 则不能再次生成波峰，我们从右到左波峰级次 k 分别定为1、2、3…。为清楚起见，把其中380-800nm段的曲线放在图2(b)中。 

图 2光强透过率随入射光波长变化的曲线

在图2(b)所示光强透过率随入射光波长变化的测量曲线上分别选取波峰或波谷, 并确定其所对应的波长,代入公式η = q(λ)cos²(ρd)/2中，即可得到的石英晶体在相应波长上的旋光率,如表1 所示。

表格 1可见光范围内透射光强极值点处对应的入射光波长和旋光率

将表1中的数据进行曲线拟合，可以得出可见光波段内石英晶体的旋光率色散公式3：

图 3由实验数据曲线拟合得到的旋光率色散曲线和 Lowry 色散曲线

图3给出了由实验数据进行曲线拟合得到的旋光率色散曲线和工程上描述石英晶体色散特性常用的Lowry色散曲线。图中‘+’为实验测量的数据点，实线为由实验数据点拟合得到的色散曲线，虚线为可见光波段的Lowry色散曲线。由图3可见:1、实验测量的数据点和Lowry色散曲线吻合很好，这说明该实验方法测得的旋光率是可信的；2、由实验数据拟合得到的色散曲线与Lowry色散曲线稍有偏离，这主要是因为Lowry色散曲线适合整个石英晶体的透光范围，涵盖光谱范围较广，因此在具体到可见光这一范围内与实验值稍有偏离也属于正常。对比我们得到的色散曲线和Lowry色散曲线，可见我们得到的旋光率色散公式与实验数据更加接近，因此，可以认为，在可见光范围内，旋光率色散公式3较Lowry色散曲线更为精准。对于具体波长来说，由此得到的公式计算出来的数值和相关文献（S. Chandrasekhar 测量数据及光学手册）列出的数据一致。

来自《介质旋光特性的光谱分析法研究》