关于电致旋光效应的研究

基于旋光效应对糖浓度检测研究

摘要在光电子器件飞速发展的当今，光学、电子和机械检测部分组成了目前在工业生产中大量被使用到的旋光仪一起。这类仪器的检偏器转角系统主要是由电动机来带动涡轮以及蜗杆来达到实现转动的目的。但是因为这些仪器有着机械磨损附加的测量误差而导致测量结果误差变化较大的因素，所以对于测量的京都很难有所进步，尤其是因为机械转动受限，没法实现对于微小角度的测量。因为两个偏光棱镜相对方位调节有着精度之间的关系，使用这种方法会引起较大的误差，精准度依旧难以达标，故而后人都不再使用消光法，转而使用磁致旋光调制器用以代替原有的机械转角装置。入射光会在经过样品之后偏振面发生旋转，在探测仪及探测到光照强度之后，再由负反馈装置使得通过磁致旋光调制器的偏正光反方向旋转相同的角度，来达成自动消光的目的，得以实现自动测量同时还提升了测量的精度。在本文中所研究已旋光方法其实是讲一个功率较小的半导体作为机关器来设置光源，以渥拉斯顿冷静来代替检偏器，再配上双路探测器来达到精准测得糖溶液浓度的目的。这样做的精确度较为准确，过程也相对简便，有利于广泛推广并应用。关键词：旋光效应；偏振光；糖浓度；检测

目录TOC\o"1-3"\h\u引言 引言人体所需的最主要的有机化合物就是糖类化合物，而它有是有碳、氢、氧三大元素组成的，也是自然界中数量最重大的有机化合物，是人类食品中含有成分最多的有机化合物，同时也是绿色植物光合作用的产物。糖类能够占到自然界中生物物质的四分之三，小大细菌大到高等动物都会含有糖类化合物，糖类物质按干重计算占植物体的85%-90%，占细菌的10%-30%，动物的小于2%。首先，糖的种类以及含量将会对一种水果或者烟叶的铲平质量起到决定性作用。其次，生物将会在其自然代谢之中将糖类作为产物排除，也就是说它是生命活动的必需品，同时糖类化合物也会以游离态溶解于各类组织液活细胞液。动物体内所含糖类化合物比例虽然不高，但无法否认糖类物质依然是生物活动所需的主要物质之一。人类，也是生物之一，人类活动能量的大部分来源都是从摄入食物中所含的糖分中摄取的，即是说糖也是人的生命之源之一。故而，对于糖溶液浓度的检测也成为了一项有必要也有着广泛实际意义以及很大应用前景的工作。所以，糖浓度检测受社会的关注越来越多，不仅仅是存在在食品行当，哪怕在教学、只要、轻工业之中都有着不容忽视的地位，在各行各业各种领域下，糖都有着具足轻重的作用。那么如何精准测得糖浓度变成了人们最为关心的话题。本文将对与测量糖浓度相关的各种基础原理做出根本解释，其中包括了对于偏振光的基本概念及其数学描述方法。同时也指出了光波偏振态的琼斯矩阵表示法以及旋光效应的理论。之后又对糖溶液浓度监测系统进行了详细地介绍，包括了使用矩阵分析、系统结构剖析以及实验仪器的选用这几个方面。最后再对实验的具体过程以及数据处理进行了分析并研究系统误差。1旋光效应相关概述1.1光波的偏振光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，而光振动的方向特性，即光的偏振性则表明了光及所有电磁波是横波。实验表明，只有横波才有偏振现象。基于这种理论，光也能够被分为偏正光以及非偏正光两种。而所谓的非偏正光即是指，光波电场矢量（磁场矢量）在空间中的无规则变化，这种变化不表示任何的方向性。大多数的普通光源，如阳光、节能灯、探照灯等都被一般认为非相干以及非偏正的。这些光源都是由无数个独立而扰动杂乱形成的，每一个扰动都尤其本身的频率、偏正状态以及方向。假设光矢量（即是指电场矢量）的方向能够在空间中以某一规律进行变化的话，那么他的矢量端点也将随着时间的变化显示出规律性，在空间中形成一定规则的轨迹，就会被称为偏正光。光矢量和光传播的方向所构成的平面称之为振动面。偏正光的输出将在非偏正光入射到某些光学元件时得到。例如，非偏振光以布儒斯特(Brewster)角入射到光学表面时，反射光与透射光都是具有一定偏振特性的偏振光，在波导激光器中产生的光也是偏振光。光的传播方向一经确定，就能够就和光的传播方向垂直的振动方向依旧不能够确定，光矢量将会拥有不一样的振动状态，这种振动状态通常称为光的偏振态。应用麦克斯韦的定义，光波按其光矢量端点随时间的变化情况被分为自然光(非偏振光)，偏振光和部分偏振光。其中，偏振光又可以细分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。此外还有部分偏振光。部分偏振光实际上可以看作是非偏振光与偏振光的叠加，因此，其光场的一部分才具有电场矢量方向变化的规律性。本文主要研究完全偏振光。1.2光波偏振态的琼斯矩阵表示方法1.2.1各种表示方法的分析与比较光波偏振态的数学描述一般采用四种方法，分别是:电矢分量方法、琼斯矢量方法、斯托克斯矢量表示法以及邦加球作图法。它们各具特点，实用中选择合适的方法可以使计算手续得到简化。电失分量法的基础是经典波动理论，而它只是经典波动理论的一种基础方法，它广泛应用于偏正光在单只光学器件发生传输问题时。在1941年时有琼斯第一次提出了一个简单的矢量一一个二行一列矩阵来完全的表示偏正光，这种矢量被称之为琼斯矢量。它表示为一个二元矢量，它描述的是沿光传播方向上某点的以复振幅分量表示的偏振态。但是琼斯矩阵的一些特别元素是复数，所以就有这由于个别参数不可以使用试验方法直接测得，而导致没有办法计算。然而，琼斯矩阵其实没有太多的元素，从根本意义上来说，能够被列出的每一个琼斯矩阵都可以与一个可以实际应用的光学仪器相对应。1852年英国物理学家斯托克斯提出用四个参量(斯托克斯参量)来描述光波的强度和偏振态，与琼斯矢量不同的是，被描述的光可以是完全偏振光、部分偏振光和完全非偏振光;可以是单色光液可以是非单色光。这四个斯托克斯参量都是光强的时间平均值(时间间隔长到可以进行测量)，组成一个四维的数学矢量。电矢量法、琼斯矢量法、邦加球作图法……，与这些方法相比，斯托克斯参量可用于表示完全偏振光、部分偏振光乃至自然光，囊括了自然界中光束所有的形态。1892年，有邦加提出了，邦加球。它是一个表示任意偏正状态的图示法。因为任一椭圆的偏正光仅仅需要两个方位角便能够彻底确定它的偏振态，而两个方位角完全可以使用球面经纬度来进行描述，故而球面上的任意一点就能够代表一个偏振态，而在球上的全部的点的集合就成为了所有可能的偏振态。由此看来，一个单位强度的平面单色博的每一个偏振态邦加球面上都会有一个点与之一一对应，反之亦然。由此不难发现，把斯托克斯矢量以及邦加球两种方法加以结合就能够对偏振光进行分析求解，使它的物理意义更为明确，同样的，也能够使用穆勒矩阵来进行表示。因而就出现了所谓的琼斯矩阵法以及穆勒矩阵法两种对偏振光进行分析的方法。穆勒矩阵使用斯托克斯矢量进行计算，同时斯托克斯矢量又与光照强度成正比；与之相对的是琼斯矩阵运用到了琼斯矢量来进行运算，而琼斯矢量和电厂的振幅以及相位息息相关。这两种计算方法的差异自然决定了他们在不同场合下不同的适用情况：当所要解决的问题涉及到了偏振光时，就应当穆勒矩阵进行计算；而当所涉及的问题与偏振光完全相关时，就应当使用到琼斯矩阵。在多束光问题中，如果多束光的光强存在叠加效应则应当采用穆勒矩阵法，而多束光表示相干性时就应该采取琼斯矩阵法。但是，在处理偏振光的问题时，这二者并没有严格的界限，即便琼斯矩阵两行两列的算法看似简单，但是实则其含有复数也会变得复杂。而穆勒矩阵虽然是四行四列，但是没有一个是虚数的元素，以及不少为零的元素给运算带来了渐变。因此还是要因具体情况而异，选择合适方法，具体问题具体落实。器件对偏振光的变换特性一般由琼斯矩阵来体现，如果在琼斯矩阵之中的某个元素受到了某一种信息量的调制，那么这种器件就会射出偏振光的偏振态也会受到相应的调制，由此就能够测得信息的特性。根据对四种表示方法的比较和总结，琼斯矩阵是适合本实验的一种求解光波偏振态的方便方法，因此本文决定选择琼斯矩阵法对光路进行分析。1.2.2琼斯矩阵法任一束偏振光可以用由它的光矢量的两个分量构成的一系列矩阵表示。这个矩阵一般被称为琼斯矩阵:（1-1）表1-1对于经常出现的偏振状态的琼斯矢量表示做出了列举。不难打线，线偏振光的矩阵元素均为实数，但圆偏振光和椭圆偏振光的矩阵中元素均为复数。此外，琼斯矩阵也不能够用来单纯的表示非偏振光以及一部分其它的偏振光。表1-1偏振态的琼斯矩阵归一化形式这个表应该要输入，不是图片1.3旋光效应与旋光色散当光在单轴晶体中沿光轴方向传播时，以及光在呈现各向同性的介质中传播的情况下，将不会产生双折射现象。同时，子啊一般状况下，线的偏振光在通过某些介质之后，线偏振光的振动方向将不会发生任何变化。然而在某些介质之中（列如糖溶液），当一束线偏振光通过时，其出射光的偏振面相对于原来入射偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为旋光现象。振动面旋转过的角度称为旋光度。马吕斯(1775-1812)于1808年首先发现了光的偏振现象，由于他进一步研究了光的偏振现象，故而最终得以证明光是一种横波的本性，使得人们对于光的认识又更近了一步。阿喇果于1811年在研究石英体的双折射特性时意外发现了，当一束线偏振光入射到被研究的石英晶时，偏振光的振动面会有微小角度的变化，因为石英体本身也是一种单轴晶体，如同上文所属那般，在单轴晶体中，光在沿光轴方向传播时将不会有双折射显现发生，所以说阿喇果发现的这一现象应当被归类为其它新的现象而不属于任何已知现象，这就是现在所说的旋光现象。在此之后，比奥（Blot）在某类蒸汽以及液态物质中也得以观测到了这类现象。能够在入射偏振光的振动面发生旋转的物质便由此被称之为旋光性物质。具有旋光性的物质不仅限于像糖溶液、松节油、石油、酒石酸等液体，还包括石英、朱砂等具有旋光性质的固体。不同的旋光性物质也能够使得偏振光的振动面在不同的方向上发生旋转，因此分为了左旋和右旋。旋转方向一般有着这样的规定：沿着出射方向看去，线偏振光振动面在介质中若顺时针旋转则称之为右旋，反之则为左旋，能够使振动面顺时针旋转的物质被称为右旋物质，例如：蔗搪、葡萄糖;线偏振光振动面在物质中是逆时针旋转的，称为左旋，使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质，例如果糖。实验证明:振动面旋转的角度与材料的厚度(或待测溶液的路径长度)d、浓度C以及入射光的波长有关。根据之前提到的旋转角度和入射光波长相关性，不难得出这样一种物理现象，选定长度的旋光介质，用一束复合(不同波长)线偏振光在该旋光介质中传播，由之前所述的与之间定性的关系不难发现，这类束复合光由旋光晶体中出射后，因为不一样的波长线偏振光的振动面的旋转角度的不同，直接导致了一束复合光会变为几束分立的单色光。这种现象叫做光的色散。而对于旋光介质所产生的这种物理现象我们就把它称为旋光介质的旋光色散效应。2基于旋光效应的糖浓度检测系统2.1糖浓度的检测系统2.1.1检测系统的总体结构图2-1检测系统结构图整个系统结构由五个部分同时组成。所使用的光源为半导体激光源，波长为650nm，线偏正光正是半导体激光源所发出的光束在经过起偏器之后所产生的，之后激光穿过溶液盒，渥拉斯顿棱镜在被偏正面旋转过一定角度的激光射中后，原来的激光就会被分为偏振方向相互垂直的两束线偏振光，然后计算机接受到双光路光电探测器所发出的出射光信息和数据，计算机对两束信号进行运算处理。所采集的所有数据进行计算机系统运算采取其平均值，而这个平均值作为糖溶液在该浓度的旋光角度。首先，将起偏器的光轴和偏光分束器（渥拉斯顿棱镜）固定好，将其光轴调整为45°角;把配置好的糖溶液加入起偏器的后方，偏振光经过糖溶液后，偏振面旋转一定角度，光线渥入涯拉斯顿棱镜，出射后光线被分解为振动方向相互垂直的两束平面偏振光，根据光强公式:（2-1）并由前面己知起偏器和握拉斯顿棱镜的光轴成45°角即=45°，可以知道两个探测器探测到的光强分别为:（2-2）（2-3）我们之所以将起偏器的光轴和握拉斯顿棱镜的光轴调整成45°角是有原因的，为了获得对旋光角度变化的最大灵敏度，对光强公式求偏导，可得=45°。也就是说当起偏器的光轴与握拉斯顿棱镜的光轴成45°角时，探测器对旋光角度变化的灵敏度最大。2.1.2元器件的选择（1）系统光源在本此的实验当中，有一个光源需要被作为测试光源来使用，为了将来能够投产使用，就要求了这类光源的体积不能过大，并且市场上能够取得的交流电源就能够驱动它，同时价格也应当处在合理的区间范围内。根据这个测试的原理，因为不同波长的光，它的旋光率也将有所不同,故而这对于光源而言，就要求了它的单色性必须完好。总的来说，测试用的光源所需要满足的条件应当由：体积小、好驱动、能够发射出方向性强又相对较窄的单色光。通过对几种常见光源的比较，包括Na光灯、氦-氖激光器、半导体激光器，最后决定选择半导体激光器作为本实验的光源。本实验所使用的光源为西安赛朴林激光技术研究所生产的波长为650nm的大功率半导体激光器，功率为100MW。本光源有温度控制装置，能够减小由于温度变化而引起的波长漂移。（2）前置偏振调节器，包括一个可以调节方位角的线偏振器。（3）用于放置待测样品的平台和样品盒(30.84mm)。（4）探测系统，包括一个偏振分束器(本实验选用渥拉斯顿棱镜)和一台双光路光电探测器。我们采用的微处理器是一种被称为双光路光电探测器LabMASTER的处理器，它的主要工作原理给予了连续激光和脉冲激光来实现对系统进行测量的机能，这种系统有一种最大的特点，就是实时模拟可以调谐，测量数据精确，能够进行光束角整，光束位置测量个追踪，最终得以完成整个统计运算以及全计算机接口。这个双通道的ULTIMA能够同时为两个通道进行测算，比率的测量以及差值的测算，能够给全激光测量提供最为完整的信息。（5）数据采集处理系统，包括微型计算机系统和数据采集软件。2.2检测系统的琼斯矩阵分析2.2.1检测系统中使用的光学元器件及其琼斯矩阵（1）偏振器偏振器作为光学试验中使用频率最高的光学器件，它能够将入射的光束分解为两道正交的光束，并能够使得这两道光束以不相同的光强透过一种光学器件。而在偏振器中最为常见的就是线偏振器，较为理想的线偏振器只允许沿某一方向振动的线偏振光完全穿透，这样的一个方向将被叫做透射轴；相反的方向则被称为消光轴。偏振器通常会使用这两个参数来进行描述：本征偏振态和透射系数。本征偏振态指的是入射光在垂直摄入的条件下，能够通过该偏振器来保持偏振状态不改变的线偏振状态。这样一个特性也能够通过通光平面来描述。当入射光波的线偏振方向能够平行于该平明内的平行偏振器表面，那么该偏振光通过时将不引起任何现象。所以通光平面是偏振器表面发现和其本征线偏振光的电场矢量一起形成的一个平面，如图2-2所示。偏振器的另一个参数:透射系数，描述本征线偏振光沿通过平面通过时受到的损耗。在一般的情况下，考虑到材料的吸收较小，偏振器也不是很厚，可近似地认为透射系数为1。为了得到偏振器变换作用的琼斯知阵的形式，考虑偏振器的通光平面与XOZ平面夹角为a的情况(见图2-3)。假设入射的线偏振光电场写为:公式应该是输入（2-4）图2-2通光平面图2-3通光面与坐标系夹角在偏振器的通光平面内，电场矢量E的投影W(如图2-4)为:（2-4）渥拉斯顿棱镜能产生两束相互分开的并且光矢量相互垂直的线偏振光。如图2-5所示，它是由直角方解石棱镜胶合成的。这两个直角棱镜的光轴相互垂直，又都平行于各自的表面。图2-5渥拉斯顿棱镜众所周知，方解石是双折射晶体，当光波沿着垂直于方解石光轴的方向进行传播时，若波的横向电场矢量具有平行于光轴和垂直于光轴的两个分量，则该光波通过距离d后的效果可以描述如下:（2-5）由于电场矢量沿平行于光轴和垂直于光轴两个特殊方向的分量分别被延迟了，所以上述厚度为d的方解石平板作用相当于一个相位延迟器。这种延迟器的琼斯矩阵可以写成：（2-6）因为渥拉斯顿棱镜是由两块方解石组成的，并且光轴方向相互垂直，虽然两块方解石是以一定的角度胶合在一起的，但是光波仍然是沿着垂直于光轴的方向进行传播的，所以渥拉斯顿棱镜的琼斯矩阵可以写为:（2-7）本实验中，待测样品为旋光物质，也可以看作是一个旋光器。通过旋光器的一束平面偏振光的振动面沿逆时针方向旋转一个角度，其琼斯矩阵可以表示为:（2-8）沿顺时针方向旋转一个角度，其矩阵可以表示为:（2-9）2.2.2光学系统的琼斯矩阵这一章节主要研究了偏振光束和构成偏振光学系统的光学元件间相互作用的偏振变换：（1）被用来进行研究的入射光束近似成均匀的几无限平面波，它能够是单色的或是准单色的。（2）入射光与光学器件间相互作用呈现出线性规律并且与此同时其频率一致。（3）在本次研究中主要研究了光学元件或者系统的外部特性，即是指终端特性而对于造成这种特性的具体内部变换细节不做具体研究。试研究一束均匀单色TE平面波入射到单个光学元件或由一系列这类元件构成的非消偏振光学系统上。由于入射波与该光学系统的相互作用，由系统出射的是一个或多个经常变换的平面波。入射平面波和出射平面波分别与两个空间固定的右手笛卡儿坐标系和相关。其中z轴和轴的取向平行于各自的波矢。入射和出射参照平面z=0和=0的位置是任选的，然而一般分别选择在紧靠系统(元件)的入射表面之前和出射表面之后。2.2.3双光路探测的琼斯矩阵分析对于本文中的糖溶液，根据光的旋光性质不难发现，在一定的温度t、确定的入射波长的情况下，旋光角度的大小与糖溶液浓度C成正比。以右旋葡萄糖溶液为例。它的琼斯矩阵为:（2-10）检测系统结构如图2-1所示。第一，把起偏器的光轴以及偏光器的分束器也就是指的上文已经提到过的渥拉斯顿棱镜的光轴给调至45°角，且固定不动，起偏器被入射光线通过，随后将通过一段旋光溶液，将它的偏振面旋转一定的方向角度然后出射到偏光器分束器上，这样的两组分别互相垂直的光就被分好了，把出射光通过双光路光探测器接受完成后直接输送到计算机然后对他的光强信号分布进行二次差除和运算处理，这样就能够得到光波经过溶液后旋转的角度，进而得到实验结果。由前面的讨论己知，在理想情况下，若起偏器的透光轴与x轴成角，则起偏器的琼斯矩阵表示为：（2-11）在误差允许范围内，计算结果与待测溶液浓度成线性关系。从对检测系统的琼斯矩阵分析结果来看，双光路检测糖溶液浓度的方法是完全可行的。2.3溶液盒长度的选择上文已经说到过，糖溶液本身就是一种具有旋光性的物质，用糖溶液的旋光度来测定其浓度是一种非常常见的方法，故而流动的液体将对实验的测量造成一定的难度。通常在实验时都会采用透明容器以降低容器对于偏振光性质的影响。上文提到，固定溶液和长度就能够通过旋光角度来直接测得溶液浓度，所以，长度的选取将直接影响到本次实验的结果。本章节将对溶液盒长度的选取进行讨论。（1）小角度近似由前面的讨论已知，我们在计算结果中采用了小角度近似，即。（2）溶液盒长度的确定因为这次实验要用到的光源其波长为650nm的半导体激光器，波长则不在规定的国际糖度范围之内，故而要用Origin软件对于这三类不同波长下的旋光角度进行多项式曲线拟合，从而得到近似的线性性质，而且当运用到二次曲线拟合的场合下，能够得到的曲线也呈现出近乎直线的状态，并且二次项系数能小到忽略不计（数量级），故而，在采用一次拟合得到650毫米波长的情况下，旋光角度大约为。这次实验侧重于实用蔗糖浓度为9%-29%范围内的溶液，所以，设定本实验的最大测量范围到39g/100ml，经计算此时溶液旋光度约为，若要浓度为39g/100ml的蔗糖溶液的旋光度达到，那么溶液盒长大约为33.245mm，为了计算方便，所以取溶液盒长度为30mm。3实验分析3.1实验设计3.1.1实验光路的搭建按照设计的实验图2-1测试光路。测量时，先使用浓度为零的糖溶液，随后将其放入浓度不同的标准溶液，记录下所对应的数值。在实验光路的搭建中，有几点应该及其注意：（1）首先在连接光路时，应该注意渥拉斯顿棱镜、激光器、起偏器、样品盒、双光路光电探测器的两个探头的高度，这样激光从起偏器的中心射出后，能准确的达到样品盒的高度要在溶液面以下盒底以上的中间位置，入射渥拉斯顿棱镜后分为两束偏振光，到双光路光电探测器的两个探头的中心处。（2）激光射入的位置应该是从样品盒中溶液高度的中间射入，所采用的样品盒必须保证其两个面都平行和垂直于激光的方向，出射激光也必须在握拉斯顿棱镜的中心处入射，同时镜面垂直与激光传播的方向。（3）为了使得实验严谨，同时数据具有可比性。激光器，起偏器、样品盒、渥拉斯顿棱镜、双光路光电探测器都需要严格固定于实验台上。因此，一旦所有实验仪器调节好以后，要保持长期的稳定性。3.1.2双光路光电探测器接收光强的调节在实验光路的调节过程中，最复杂并且最重要的关键部分就是对双光路光电探测器的两个探头上光斑位置的调节。因为这一个过程不但要考虑到激光出射的位置与双光路光电探测器的探头上接收到的光强的最佳位置，还要考虑到双光路光电探测器与样品盒的摆放位置和角度以及台面的稳定性等因素。具体操作过程如下:（1）确定激光器、起偏器、样品盒以及渥拉斯顿棱镜的位置后，两个探头的位置就大约确定了。两个探头的位置距渥拉斯顿棱镜的距离要大致相等，入射光斑的位置要适中。（2）探头位置经过上一步骤粗调后进行微调，左右挪动探头位置，观察示数变化，当示数达到最大位置时停止挪动，然后顺时针或逆时针方向旋转探头，同样，当示数达到最大时，该位置即为最佳位置。3.1.3糖溶液的配制本实验是分别对葡萄糖溶液、蔗糖溶液以及果糖溶液进行测量的，实验中使用的葡萄糖溶液是由北京奥博星生物技术有限责任公司生产的固体葡萄糖配置而成的，蔗糖溶液是由天津市光复科技发展有限公司生产的固体蔗糖配置而成，果糖是由美国SANLAN公司生产的固体果糖配置而成。（1）利用电子天平(精确度为0.01g)与烧杯、量筒等，分别配置葡萄糖、蔗糖和果糖在各个浓度下的溶液。（2）糖溶液具有变旋光现象，即在刚配置好的溶液中，糖的链状结构和环状结构之间可以相互转变，放置一段时间后，旋光率逐渐稳定为一个定值，糖溶液最后达到一个动态平衡，称为变旋现象。因此在实验前，我们需要提前2小时配置好实验所使用的糖溶液，因为糖溶液配置2小时以上会自动达到变旋平衡。或者在糖溶液中加入氨试剂或弱酸试剂，其目的是使糖溶液很快达到变旋平衡。3.1.4浓度的测试按上述方法配制完待测溶液后，就可以进行测量了。具体步骤如下:（1）打开半导体激光器预热十分钟，使半导体激光光源稳定输出。（2）将双光路光电探测器与计算机连接好并打开电源，打开计算机中的数据接收程序LabMasterULTIMASoftware。（3）定零点:往样品盒中加入蒸馏水，计算机开始接收数据，将这个数据设置为测试的零点位置。（4）倒出蒸馏水，按顺序依次对各个浓度的搪溶液进行测量并记录数据。3.2测试误差分析（1）光源的波长漂移带来的误差。本实验系统虽然是光强测量，但是通过前面的分析可知，我们利用分光的方法对所测得数据进行处理后，光强波动带来的影响基本消除，反而是光源的波长漂移会带来误差。我们用光谱仪对光源进行了实际检测，如图3-1所示。图3-1半导体激光器的输出光谱图从图中可以看出，本实验使用的光源中心波长实际不是650nm，而是660.4nm，带宽为0.2nm，在两个小时的监测时间内，波长从660.4nm到660.5nm，有0.1nm的缓慢变化。根据关于旋光色散的讨论可知，旋光物质对于不同的波长的光有不同的旋光率，即不同波长的线偏振光通过相同的旋光物质后偏振面的旋转角度是不同的，因此光源的中心波长漂移会给实验结果带来误差。在关于溶液盒长度选择的章节中，我们讨论到三种不同波长下的旋光率，利用Origin对三组数据拟合得到波长与旋光角度的关系曲线，发现曲线近似线性变化，直线斜率为-0.1。因此，当光源波长变化0.1nm时，旋光角度会有0.014°的变化，误差较小，不会引起严重影响测量结果。（2）各偏振元器件方位角的设置误差必须对系统的初始状态精确的定位。我们设溶液浓度为零时即蒸馏水，通过渥拉斯顿棱镜后两束光的强度相等。不排除样品盒通光面不洁净或蒸馏水中含有杂质的因素会带来一定的误差，但主要应考虑起偏器与渥拉斯顿棱镜初始角度的设置不是精确的45°角，而有微小角度的误差。当初始角度设置与45°有微小偏差时，输出结果有的微小误差。（3）双光路探测器的精确度由于本实验中所使用的双光路探测器示数只有三位，当光强大于10MW时，示数只到小数点后一位如13.9MW，当光强小于10MW时，示数只到小数点后两位如9.96MW，这样就大大增加了在数据处理过程中带来的误差。这种误差是由于仪器的精度不够造成的，属于随机误差，对于此类误差我们采用多次测量取平均值的方法减小它对实验结果的影响。（4）环境杂散光由于本实验中使用的光波是可见光，环境杂散光引起的误差会比较大。因此，为了有效的避免环境杂散光的影响，我们将实验室遮光并关闭实验室中的可能会造成影响的所有光源，从而使实验误差大大地降低。（5）理论公式的近似带来的误差在数据处理的过程中，我们将2倍旋光角度的正弦值近似认为是2倍的旋光角度，因为始终小于，旋光角度越大，与的差值也越大，测量值与实际值的绝对误差也就越大。有前面的讨论中已知，若要浓度测量相对误差小于1%，则旋光角度不能大于7°。我们可以在实验所得数据上编程修正近似，从而降低误差。结论综上所述，本文在依据了旋光效应的举出上对于糖浓度的检测与研究原理合计数做出了基本的探索，本文主要对于这以下几点做出了探究：（1）使用了新的方法来进行糖浓度检测，即是指双光路检测法来对偏振光的偏振面旋转角度进行检测从而达到对于糖溶液浓度检测的