石英旋光性及其偏光干涉譜的測試分析.pdf

1、石英晶體是一種重要的光學材料,旋光性是石英晶體的重要性質之一。利用石英晶體的旋光性制成的器件在色散濾波、光通訊、退偏等領域有重要應用。查閱相關資料發(fā)現(xiàn),對于石英晶體材料雙折射性的研究很多,而對于其旋光性研究大多是應用方面的,對石英晶體旋光性的本質研究報道很少。
　　 在本論文中,比較系統(tǒng)研究了石英晶體晶系類別、微觀結構及原子排列方式、石英旋光率、旋光色散的有關知識以及磁致旋光、菲涅耳假設等知識。
　　 借鑒有機螺旋模型理

2、論,分析了石英晶體旋光性與微觀螺旋結構的內(nèi)在聯(lián)系,采用微螺旋結構螺距變化,解釋了石英旋光率的方向性、熱效應以及與有機液體旋光率的差異性。石英微觀螺旋結構特性決定了其螺旋長度,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；當傳播方向偏離光軸時,螺距向光傳播方向投影后會變小,從而旋光率也變小,直至垂直光軸方向旋光性為零。當溫度變化升高時,石英晶體發(fā)生熱膨脹,內(nèi)部原子距離增大從而導致螺距s變大,

3、旋光率隨之增大,這個解釋與溫度升高時石英旋光率測試結果吻合。本文也從微觀電磁理論的角度對晶體旋光性的根本因為進行解釋,進一步驗證了石英體旋光性的因為。研究認為反對稱旋性張量ε"αβ是物質旋光的根本因為,當矩陣ε"αβ或相應回轉矢量gαβ的元素不全為0時的物質具有旋光性。石英晶體所屬的六方晶系的gαβ的獨立元素有3個,晶體的對稱性會使gαβ中的獨立元素減少。
　　 在石英旋光晶體透射比進行了理論分析的基礎上,對300～1500nm

4、波段范圍內(nèi)常溫狀態(tài)下利用雙光路對比測量方法對偏光干涉譜線進行了實驗測量。實驗結果顯示,在紫外區(qū)由于石英吸收明顯,峰值透射率偏低,這與理論分析結果有一定區(qū)別,而且譜線周期很小,因為是紫外區(qū)石英旋光率隨波長變化率很大；紅外光區(qū)由于旋光率隨波長變化率趨近于零而導致譜線周期很大；在可見光區(qū)峰值透射比在60％左右,由于旋光率隨波長變化率不大,晶體厚度對譜線周期影響明顯。在溫度變化的環(huán)境下對300～1500nm進行了測試,通過分析所得譜線及對應極值

5、波長表明:隨著溫度升高,透射譜線向長波方向漂移,進一步分析得出漂移的主要因為是由于溫度升高導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致微觀結構中螺距變大造成的。
　　 文章的第三章和第四章是本文的主要部分,也是本文的主要創(chuàng)新點：
　　 1、探索性利用螺旋理論的知識解釋石英晶體旋光性的有關特點,采用微螺旋結構螺距變化的解釋,較好解釋石英旋光率的方向性、熱效應以及與有機液體旋光

6、率的差異性。
　　 2、用雙光路對比法對石英旋光晶體在可見光區(qū)進行偏光透射譜線測試,并對測試所得的透射譜線進行分析測量。實驗結果顯示,常溫下可見光區(qū),由于旋光率隨波長變化率不大,晶體厚度對譜線周期影響明顯；在溫度變化的環(huán)境下,隨著溫度升高,透射譜線向長波方向平移,進一步分析得出平移的主要因為是由于溫度升高導致石英晶體旋光率變大,熱膨脹導致了微觀結構的螺距變大,從而驗證了螺旋理論的正確性。
　　 本文理論分析與實驗測試相結