[科普中国]-磁致旋光

磁致旋光现象源于塞曼效应，面偏振光沿磁力线方向通过磁场中的介质时，偏振面发生旋转的现象。

简介平面偏振光沿磁力线方向通过磁场中的介质时，偏振面发生旋转的现象。又称法拉第效应，是M.法拉第在1846年发现的。

塞曼效应磁致旋光现象源于塞曼效应。介质分子中原来简并的基态或（和）激发态在磁场作用下发生分裂，使左圆与右圆偏振光的共振吸收频率不同，从而使它们的吸收曲线和色散曲线相互错开。

这导致两种效应：一是使介质对一定频率的左圆与右圆偏振光的吸收率不同，产生磁圆二色性；二是使通过介质的平面偏振光的偏振面旋转，产生法拉第效应。这两种效应总是同时存在的，但磁圆二色性只在吸收峰附近才显示出来，而法拉第效应对所有物质在所有波长都会出现。磁致旋光现象实际上也是由于介质对一定波长的左圆偏振光和右圆偏振光的折射率nL和nR不同引起的。旋转的角度正比于Δn,Δn=nL－nR。

理论分析在重叠的吸收峰附近或者当外加磁场使吸收峰分裂为多个组分时，磁致旋光现象的理论分析比较复杂。两种简单的极限情况是，介质分子只有基态或激发态是简并的，而且基态与激发态的紧邻没有别的能级。在基态非简并的情况下磁场只使激发态能级发生分裂。激发态的能级很高，在通常条件下分子的集居数极小，温度变化对它的影响也很小，旋光作用几乎与温度无关，旋转在吸收峰两侧差不多是对称的。通常把这种情况不很严格地称为反磁法拉第效应。当基态简并时，磁场使能级分裂，根据玻耳兹曼定律，分子在分裂后能级上的集居数不同，高能级的分子少一些。在温度很高时这种差别可以忽略不计，旋光曲线在吸收峰附近是对称的。当温度极低时，高能级上的分子集居数趋于零，光吸收的低频成分消失。这个成分的折射率在吸收峰附近的变化没有典型色散曲线的形状，几乎为常数,所以Δn像nL一样变化,Δn和旋光曲线在吸收峰两侧不是对称的。在过渡温度区间内，旋光曲线强烈依赖于温度。这种情况称为顺磁法拉第效应。

磁致旋光效应法拉第效应 1845年由M.法拉第发现。当线偏振光（见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ=VBl，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。该效应可用来分析碳氢化合物，因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性；在光谱研究中，可借以得到关于激发能级的有关知识；在激光技术中可用来隔离反射光，也可作为调制光波的手段。

磁光效应编辑

置于外磁场中的物体，在光与外磁场作用下，其光学特性（如吸光特性，折射率等）发生变化的现象。包括塞曼效应、磁光法拉第效应、科顿-穆顿效应和磁光克尔效应等。这些效应均起源于物质的磁化，反映了光与物质磁性间的联系。

科顿-穆顿效应1907年A.科顿和H.穆顿首先在液体中发现。光在透明介质中传播时，若在垂直于光的传播方向上加一外磁场，则介质表现出单轴晶体（见双折射）的性质，光轴沿磁场方向，主折射率之差正比于磁感应强度的平方。此效应也称磁致双折射。W.佛克脱在气体中也发现了同样效应，称佛克脱效应，它比前者要弱得多。当介质对两种互相垂直的振动有不同吸收系数时，就表现出二向色性的性质，称为磁二向色性效应。

克尔磁光效应入射的线偏振光在已磁化的物质表面反射时，振动面发生旋转的现象，1876年由J.克尔发现。克尔磁光效应分极向、纵向和横向三种，分别对应物质的磁化强度与反射表面垂直、与表面和入射面平行、与表面平行而与入射面垂直三种情形。极向和纵向克尔磁光效应的磁致旋光都正比于磁化强度，一般极向的效应最强，纵向次之，横向则无明显的磁致旋光。克尔磁光效应的最重要应用是观察铁磁体的磁畴（见磁介质、铁磁性）。不同的磁畴有不同的自发磁化方向，引起反射光振动面的不同旋转，通过偏振片观察反射光时，将观察到与各磁畴对应的明暗不同的区域。用此方法还可对磁畴变化作动态观察。

磁致旋光效应原理编辑

磁致旋光现象源于塞曼效应。介质分子中原来简并的基态或（和）激发态在磁场作用下发生分裂，使左圆与右圆偏振光的共振吸收频率不同，从而使它们的吸收曲线和色散曲线相互错开。这导致两种效应：一是使介质对一定频率的左圆与右圆偏振光的吸收率不同，产生磁圆二色性；二是使通过介质的平面偏振光的偏振面旋转，产生法拉第效应。这两种效应总是同时存在的，但磁圆二色性只在吸收峰附近才显示出来，而法拉第效应对所有物质在所有波长都会出现。磁致旋光现象实际上也是由于介质对一定波长的左圆偏振光和右圆偏振光的折射率nL和nR不同引起的。旋转的角度正比于Δn,Δn=nL－nR。

在重叠的吸收峰附近或者当外加磁场使吸收峰分裂为多个组分时，磁致旋光现象的理论分析比较复杂。两种简单的极限情况是，介质分子只有基态或激发态是简并的，而且基态与激发态的紧邻没有别的能级。在基态非简并的情况下磁场只使激发态能级发生分裂。激发态的能级很高，在通常条件下分子的集居数极小，温度变化对它的影响也很小，旋光作用几乎与温度无关，旋转在吸收峰两侧差不多是对称的。通常把这种情况不很严格地称为反磁法拉第效应。当基态简并时，磁场使能级分裂，根据玻耳兹曼定律，分子在分裂后能级上的集居数不同，高能级的分子少一些。在温度很高时这种差别可以忽略不计，旋光曲线在吸收峰附近是对称的。当温度极低时，高能级上的分子集居数趋于零，光吸收的低频成分消失。这个成分的折射率在吸收峰附近的变化没有典型色散曲线的形状，几乎为常数,所以Δn像nL一样变化,Δn和旋光曲线在吸收峰两侧不是对称的。在过渡温度区间内，旋光曲线强烈依赖于温度。这种情况称为顺磁法拉第效应1。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学