【摘要】 旋光性和圆二色性是手性介质的固有性质。

旋光性和圆二色性是手性介质的固有性质。随着光学偏振技术的广泛应用，推导了与旋光性有关的参数(旋光性和圆二色性)与穆勒矩阵元素之间的关系。Jones和Mueller矩阵的理论模型，是确定适合于测量通常入射波到手性介质的旋光度(OR)和圆二色性(CD)的Mueller矩阵元素对。如果一个物体通过平移或旋转与其镜像不相同，则称为手性物体[1,2]，手性物体有两种版本即互为镜像，它们被称为对映体[3]手性材料的研究经历了漫长的发展时期，但它已被应用于生物、化学、物理、医学等许多学科，甚至在光电子、显微镜、摄影等现代领域。由手性物体构成的介质的特点是其旋光性(OR)与左右圆偏振波相速度的差异有关，而圆二色性(CD)与两个圆偏振波衰减的差异有关[4]。换句话说，线偏振的电磁平面波不能直接通过这种介质传播，而以不同的相速度传播的左圆偏振(LCP)和右圆偏振(RCP)平面波是这类介质矢量波动方程的完全可接受的解，这与圆双折射现象有关。有几种光学偏振技术可用于研究和表征手性介质，这些技术与线偏振光和圆偏振光的折射都有方向依赖性，包括Jones和Mueller的技术，它们代表了光学系统与偏振光相互作用的传递函数，它包含了有关介质光学性质的所有必要信息。本文提出了一种判别这些手性介质光学性质的方法。在此方法的基础上，通过理论和实验模型确定了Jones和Mueller的矩阵，以及我们试图确定的这些矩阵中各元素与光学性质之间的关系，这些传递矩阵可以提供相当多的关于待分析介质的光学性质特征的信息，例如;圆二色性(CD)和旋光度(OR)。本文分析了光通过手性介质的传输，导出了表征该手性介质的旋光度(OR)、圆二色性(CD)等参数的一般表达式和穆勒矩阵的元素。在第一步中，兴趣集中在用于确定手性介质的琼斯矩阵作为其不同特性(如旋光性(OR)和圆二色性(CD))的函数的数学模型的发展上，在这一部分中提出了每个属性的光学设置。从琼斯矩阵中求出米勒矩阵，然后确定旋转功率和圆二色性作为米勒矩阵元素的函数的数学表达式。第二步是给出得到穆勒矩阵的实验步骤。最后，评估光学性质，确定OR和CD，理论模型得到的Mueller矩阵与实验得到的Mueller矩阵进行了简单的比较，使得计算精度很高。实验结果令人满意，证明了所提出的方法是可靠的，对一般的手性介质具有较高的表征精度。

 

[1] D. Jaggard, A. Mickelson, C. Papas, On electromagnetic waves in chiral media, Appl. Phys. A 18 (1997) 211–216.

[2] M. Sch¨aferling, Chiral Nanophotonics, Springer, 2017, p. 159.

[3] E. Georgieva, Appl. Opt. 30 (34) (1991) 5081–5085.

[4] L. Barron. Molecular Light Scattering and Optical Activity, 2nd ed.,, Cambridge U. Press,, 2004.

 

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