磁致旋光效應

置於外磁場中的物體，在光與外磁場作用下，其光學特性（如吸光特性，折射率等）發生變化的現象。包括塞曼效應、磁光法拉第效應、科頓-穆頓效應和磁光克爾效應等。這些效應均起源於物質的磁化，反映了光與物質磁性間的聯繫。

1907年A.科頓和H.穆頓首先在液體中發現。光在透明介質中傳播時，若在垂直於光的傳播方向上加一外磁場，則介質表現出單軸晶體（見雙折射）的性質，光軸沿磁場方向，主折射率之差正比於磁感應強度的平方。此效應也稱磁致雙折射。W.佛克脫在氣體中也發現了同樣效應，稱佛克脫效應，它比前者要弱得多。當介質對兩種互相垂直的振動有不同吸收係數時，就表現出二向色性的性質，稱為磁二向色性效應。

入射的線偏振光在已磁化的物質表面反射時，振動面發生旋轉的現象，1876年由J.克爾發現。克爾磁光效應分極向、縱向和橫向三種，分別對應物質的磁化強度與反射表面垂直、與表面和入射面平行、與表面平行而與入射面垂直三種情形。極向和縱向克爾磁光效應的磁致旋光都正比於磁化強度，一般極向的效應最強，縱向次之，橫向則無明顯的磁致旋光。克爾磁光效應的最重要應用是觀察鐵磁體的磁疇（見磁介質、鐵磁性）。不同的磁疇有不同的自發磁化方向，引起反射光振動面的不同旋轉，通過偏振片觀察反射光時，將觀察到與各磁疇對應的明暗不同的區域。用此方法還可對磁疇變化作動態觀察。

磁致旋光現象源於塞曼效應。介質分子中原來簡併的基態或（和）激發態在磁場作用下發生分裂，使左圓與右圓偏振光的共振吸收頻率不同，從而使它們的吸收曲線和色散曲線相互錯開。這導致兩種效應：一是使介質對一定頻率的左圓與右圓偏振光的吸收率不同，產生磁圓二色性；二是使通過介質的平面偏振光的偏振面旋轉，產生法拉第效應。這兩種效應總是同時存在的，但磁圓二色性只在吸收峰附近才顯示出來，而法拉第效應對所有物質在所有波長都會出現。磁致旋光現象實際上也是由於介質對一定波長的左圓偏振光和右圓偏振光的折射率nL和nR不同引起的。旋轉的角度正比於Δn,Δn=nL－nR。

在重疊的吸收峰附近或者當外加磁場使吸收峰分裂為多個組分時，磁致旋光現象的理論分析比較複雜。兩種簡單的極限情況是，介質分子只有基態或激發態是簡併的，而且基態與激發態的緊鄰沒有別的能級。在基態非簡併的情況下磁場只使激發態能級發生分裂。激發態的能級很高，在通常條件下分子的集居數極小，溫度變化對它的影響也很小，旋光作用幾乎與溫度無關，旋轉在吸收峰兩側差不多是對稱的。通常把這種情況不很嚴格地稱為反磁法拉第效應。當基態簡併時，磁場使能級分裂，根據玻耳茲曼定律，分子在分裂后能級上的集居數不同，高能級的分子少一些。在溫度很高時這種差別可以忽略不計，旋光曲線在吸收峰附近是對稱的。當溫度極低時，高能級上的分子集居數趨於零，光吸收的低頻成分消失。這個成分的折射率在吸收峰附近的變化沒有典型色散曲線的形狀，幾乎為常數，所以Δn像nL一樣變化,Δn和旋光曲線在吸收峰兩側不是對稱的。在過渡溫度區間內，旋光曲線強烈依賴於溫度。這種情況稱為順磁法拉第效應。