• Природна та штучна оптична активність*

Під природною оптичною активністю (інша назва цієї властивості — гіротропія) розуміють здатність деяких конденсованих середовищ — рідин, або твердих тіл — обертати площину поляризації лінійно поляризованого світла на певний кут , який прямо пропорційний шляху , що поляризований промінь пройшов у оптично активному (гіротропному) середовищі:

(4.6.5)

де - питомий кут обертання площини поляризації.

Гіротропія, або природна оптична активність, спостерігається в середовищах, які містять структурні елементи (молекули, або групи структурних одиниць), котрі мають гвинтову, спіральну симетрію. Проходячи крізь таке середовище, дві рівноправні компоненти лінійно поляризованого світла — права циркулярна поляризована хвиля, та ліва циркулярно поляризована хвиля – демонструють різну швидкість проходження середовища. В результаті їх сума на вході та на виході з середовища має різні напрями, які відрізняються на кут .

З огляду на це, існують середовища, які обертають площину поляризації світла за правогвинтовою схемою (наприклад, розчин цукру у воді), тоді як інші демонструють лівогвинтове обертання (прикладом може бути розчин глюкози). Для розчинів коефіцієнт у формулі (4.6.5) звичайно прямо пропорційний концентрації гіротропних молекул у розчині.

Оптичну активність можна стимулювати зовнішніми полями, електричним, або магнітним, у таких речовинах, в яких вона не спостерігається за відсутності зовнішніх полів. Така стимульована гіротропія, на відміну від природної, притаманної речовині на молекулярному рівні, має назву штучної оптичної активності.

Стимуляція оптичної активності зовнішнім магнітним полем отримала назву ефекту Фарадея (спостерігається, наприклад, у бензолі, хімічній сполуці CS2, або навіть звичайному склі, Мал.4.6.5). Оптична активність в речовині стимулюється в напрямі силових ліній зовнішнього магнітного поля (уздовж осі соленоїду), а кут обертання площини поляризації лінійно поляризованого світла в умовах ефекту Фарадея є пропорційною до напруженості магнітного поля та довжині шляху променя в речовині :

(4.6.6)

де — залежний від довжини хвилі світла та температури коефіцієнт (так званий коефіцієнт Верде).

Можлива також стимуляція оптичної активності зовнішнім електричним полем – ефект Керра, або електрооптичний ефект. Якщо помістити речовину (наприклад нітробензол, або подібний полярний діелектрик) поміж обкладками зарядженого конденсатора, то обертання площини поляризації в такій комірці Керра відбувається у напрямі перпендикулярнім до силових ліній електричного поля, а кут обертання підкоряється закону:

(4.6.7)

де —напруженість електричного поля, — так звана стала (коефіцієнт) Керра, які також залежать від довжини хвилі світла та температури речовини.

• Поглинання світла в середовищі

Проходження світлової (якщо ширше, то електромагнітної) хвилі крізь речовину супроводжується взаємодією її вихрового електричного поля із зарядженими частинками. Вихрове електричне поле хвилі збуджує додаткові коливання заряджених частинок, на що витрачається певна енергія. Частково вона повертається у вигляді вторинного електромагнітного випромінювання зарядженими частинками, які рухаються прискорено під впливом первинної хвилі. Але певна частина енергії первинної хвилі перетворюється в інші форми енергії і поглинається речовиною: інтенсивність електромагнітної хвилі зменшується під час проходження крізь речовину.

Припустимо, що інтенсивність хвилі, яка падає на поверхню розділу вакуум-середовище (при ) дорівнює . Інтенсивність на відстані від поверхні розділу позначимо як . Тоді на відстані інтенсивність хвилі зменшується на величину , яка пропорційна добутку на товщину шару :

(4.6.8)

Вираз (4.6.8) є законом поглинання хвилі у диференційному вигляді. Коефіцієнт пропорційності має назву лінійного коефіцієнту поглинання і є функцією температури та довжини хвилі: . Інтегрування (4.6.8) призводить до виразу:

(4.6.9)

який є відомим як закон Бугера-Ламберта, або закон поглинання інтенсивності електромагнітних хвиль в інтегральному вигляді: