DE1572612B2

DE1572612B2 - Vorrichtung zum messen des zirkular dichroismus eines optische// aktiven koerpers

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Publication number: DE1572612B2
Application number: DE19671572612
Authority: DE
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1966-05-26
Filing date: 1967-05-23
Publication date: 1971-06-16
Also published as: US3540827A; GB1129940A; FR1506332A; DE1572612A1; JPS4942952B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen Es ist bereits bikäiiät (s: L S ä d ό z^; _; Journal des Zirkular-Dichroismus eines optisch aktiven Kör- Phys., 17, 143 A, i§M), daß die Empfindlichkeit pers, mit einer Lichtquelle, einem Monochromator einer polarimetris'chSii Anordnung um so besser ist, und einer Polarisationsvorrichtung zur Bildung eines je stärker der zur Durchführung der Messung vermonochromatischen Strahles von linear polarisiertem 5 wendete Lichtstrom ist. Um den Lichtfluß zu ver-Licht; mit einer Schwächungseinrichtung zur Ände- bessern, muß eine Lichtquelle möglichst großer rung der Intensität des linear polarisierten Licht- Leuchtdichte verwendet werden. Außsrdem muß der flusses, einem Doppdbrechungsmodulator zum Emp- Lichtleitwert der Anordnung so groß wie möglich fang des in seiner Intensität wechselnden linear pola- sein, wobei unter dem Lichtleitwert das Produkt risierten Liclitflusse's und Sir Erteilung einer perio- io des räumlichen Winkels, der von den eine Pupille dischen Änderung der Polarisation des Lichtstrahles der Vorrichtung durchdrang jnden Strahlen gebildet von einer linksgerichteten auf eine rechtsgerichtete wird, mit der Oberfläche dieser Pupille verstanden Zirkularpolarisation und zurück; mit einer Eiririch- wird.

tung zur Erzeugung eines Wechselstromes bestimmter Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,- einen Frequenz für den Doppeibrechungsmodulator, einem 15 neuen Doppelbrechuigsmodulator zu schaffen, der quer zu dem veränderlichen Polarisationslichtstrahl einen großen Lichtleitwert und eine hohe Durchliegenden Träger für den optisch aktiven Körper, lässigkeit in einem großen Wellenlängenbereich besitzt, einem elektrooptischen Überträger, der ätls dem Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß daveränderlichen Polarisationslichtstrahl eine Signal- durch gelöst, daß als Doppelbrechungsmodulator komponente mit dsr vorgegebenen Frequenz zur 20 eine Scheibe aus f ρ innungsoptischem Material, ein Steuerung der Lichtfluß-Schwächungseinrichtung er- mit dieser Scheibe gekoppelter und von der Einrichzeugt, und mit einer Vorrichtung zur Anzeige der tung zur Erzeugung von' Wechselstrom gespeister Stärke des gemessenen Zirkular-Dichroismus. Eine piezoelektrischer Übertrager und ein länglicher Stab solche Vorrichtung erlaubt das Messen und Registrie- verwendet wird, in dessen Mitte die spannungsren der Differenz (K₃-Kd) der optischen Dichten 25 optische Scheibe und der piezoelektrische Übertrager als Funktion der Wellenlänge für ein Licht mit einer eingefügt sind.

linksgerichteten Zirkularpolarisation und einer rechts- Nachfolgend wird an Hand der Zeichnungen ein

gerichteten Zirkularpolarisation, wobei man unter AusfLhrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher

optischer Dichte eine Größe IsT definiert durch die Glei- beschrieben. Im einzelnen zeigt

chung J//_o = e~^K versteht, in welcher I₀ die Lichtinten- 30 F i g. 1 eine Vorrichtung zürn Messen utid Re-

sität, die auf ein absorbierendes Medium fällt, und / gistrieren des Zirkular-Dichroismus im Blockschalt-

die aus diesem Medium austretende Intensität ist. bild,

Das Messsn des Zirkular-Dichroismus ist von F i g. 2 einen in der Vorrichtung enthaltenen

großem Interesse bei der Bestimmung der Struktur¹ Doppelbrechungsmodulator,

und bjim Studium der atomaren odsr molekularen 35 F i g. 3 ein Polarisationsdiagramm zur Erläuterung Eigenschaften von optisch aktiven, natürlichen oder der Wirkungsweise des in F i g. 2 dargestellten Dopkünstlichen Steffen. Die experimentlbn Schwierig- pelbrechungsmodulators,

keiten haben die Empfindlichkeit und die Genauig- Fig. 4 und 5 zwei weitere Ausführungsformen für

keit der bis jetzt vorgeschlagenen verschiedenen einen Doppelbrechuilgsmodulatdr,

Methoden oder Meßapparate begrenzt. 40 F i g. 6 eine erste Art einer Schwächungsvorrich-

Vorrichtungen zum automatischen Messen des' tUng für den polarisierten Liehtstrom,

Zirkular-Dichroismus von optisch aktiven Meßproben F i g. 7 ein Polarisationsdiagramm zur Erläuterung

sind bereits bekannt (z. B. USA.-Patentschrift der Wirkungsweise der in F i g. 6 dargestellten Vor-

3 257 894). Diese Vorrichtungen weisen im ällge- richtung,

meinen eire Einstellvorrichtung oder Schwächungs- 45 F i g. 8 eine zweite Art einer Schwächungsvoreinrichtung für den Lichtfluß und einen Doppel- richtung für den Lichtstrom,

brechungsmodulator auf, der das aus der Schwä- F i g. 9 ein Polarisationsdiagramm zur Erläuterung chungseinrichtung kommende Licht in einen Licht- der Wirkungsweiss der in F i g. 8 dargestellten Vorstrahl mit einer Zirkularpolarisation umwandelt, die richtung,

mit einer vorgegebenen Frequenz sich periodisch 50 Fig. 10 eine dritte Art einer Schwächungsvor-

von einer linksgerichteten Drehung auf eine rechts- richtung für den Lichtstrom,

gerichtete Drehung ändert. Außerdem weisen diese F i g. 11 ein Polarisationsdiagramm zur Erläute-

Vorrichtungen eine Fotozelle auf. Das Signal der rung der Wirkungsweise der in F i g. 10 dargestellten

Fotozelle mit der vorgegebenen' Frequenz wird auf Vorrichtung;

die Lichtfluß-Schwächurigseinrichtüng gegeben. Aus 55 Ois Vorrichtung zum Messen des Zirkular-Didieser Anordnung ergibt sich, daß die Meßprobe chroismus weist gemäß F i g< 1 eine Lichtquelle 1 fortlaufend einem linksgerichteten zirkularpolarisier- auf, die beispielsweise durch eine mit Gleichstrom ten Licht (oder elliptisch polarisierten) und einem oder Wechselstrom von 50 Hz gespeiste Deuteriumrechtsgerichtet zirkularpolarisierten Licht (oder ellip- oder Xenonlampe gebildet wird, deren Strahlung im tisch polarisierten ausgesetzt wird, was im Regelfalle 60 sichtbaren und im ultravioletten Bereich des Spekzwei Antwortsignale ergibt, die in Folge des Di- trums liegt. Die Vorrichtung weist außerdem zwei chroismus der Meßprobe ungleich sind. Das resul- Spiegel 2 und 3 auf, welche das ausgestrahlte Licht tierende Signal ist ein Wechselsignal. Zur Erzielung der Lichtquelle auf den Eingang3spalt eines Monoeines konstanten Signals wird die wahlweise Schwä- chromators 4 mit einem Gitter leiten. Ein Motor 9 chung der Meßprobe entsprechend der Drehrichtung 65 bewirkt durch einen Antrieb des Gitters die Ausder Polarisation durch eine gleiche und entgegen- wahl von bestimmten Wellenlängen,
gesetzt gerichtete Schwächung des Lichtes in der Das von den Spiegeln 5 und 6 reflektierte Licht Lichtfluß-Schwächungseinrichtung kompensiert. durchläuft eine Vorrichtung 7 zur Schwächung des

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Lie'htstroms, die ein linear polarisiertes Licht mit läuft das Licht einen Doppelbrechungsmodulator 8,

fester Richtung und sich periodisch mit der Frequenz / der das einfallende planpolarisierte Licht mit der

ändernder Intensität liefert. Die Intensitätsänderung gleichen Frequenz / abwechselnd in ein linksdrehen-

erfolgt zwischen den beiden Grenzwerten Φ_ο des und ein rechtsdrehendes elliptisch polarisiertes

(1 + y sin jc), wobei χ und y zwei einstellbare und 5 Licht mit gleicher Elliptizität alle Halbperioden

meßbare Parameter sind. Diese Intensität kann durch umwandelt. Die Intensität dieses Lichtstroms ändert

die Formel ausgedrückt werden: sich nach einem Gesetz, das durch dii Werte x, y

^ J D l

g , , y

, =±0_o{i+y sin [x - sin {In ft + ψ)}}. (1) ***? ^der ^°™^ε1 (¹J. bestimmt ist. Der Doppel-

¹ brechungsmodulator wird von einem Oszillator 14

Der Parameter* hat den Charakter der Ampli- io mit der Frequenz/ über einen Verstärker 15 ge-

tüde eines sinusförmigen* zeitmodulierten Ausdrucks, steuert Ein auf den Verstärker 15 einwirkender

während der Parameter j> den Charakter der Ampli- Steuerkreis 16 steuert die maximale Elliptizi iät des

tude eines nichtmodulierten Ausdrucks hat, der vom vom Doppelbre:hüngSTiodalator gelieferten Lichtes,

Aufbau der Lichtstrom-Schwächungseinrichtung ab- um diese Elliptizität bei jeder vom" Monochromator 4

hängt. Der Wert von χ zusammen mit dem Wert 15 gelieferten Wellenlänge kon.tant zu halten,

vcn y, wird nachfolgend für den Fall, daß er von Das aus den Dr ρ jslbrech angsmodulator 8 kom-

Eins verschieden istj für jede Art der Lichtstrom- mende Licht fällt durch ein Medium 10 rr.it natür-

Schwäehungseinrichtung angegeben. lic! em Dichroismus (ein defäß mit einer Flüssigkeit,

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g.· 6 besteht einem aktiven Feststoff usw.) oder auf ein Element die Schwächungsvorrichtung aus einem spannungs- 20 mit künstlichem Dichroismus (ein inaktives, beispielsoptischen Doppelbrechungsmodulator, und χ bedeutet weise einem' Magnetfeld ausgesetztes Medium). Am die maximale" optische Wejdifferenz des Modulators. Ende des dichroitischen Mediums ändert sich der

Vom Ausgang der Schwäshungsvorrichtung durch- Lichtfluß mit der Zeit nach der Funktion:

Φ = — {1 + y sin: * [siü (irtfi + φ)]} (Γ^κ [2 — (Kg^Kd) sin 2πδ (O] · (2)

in welcher δ (t) vom Doppelbrechungsmodulator 8 bilden, das linear polarisiert aus der Scfiwächungs-

abhängt und hier durch die Formel vorrichtung austritt. Die Doppelbrechung dieses

_s/ . „. ■ λ r ,i , * 30 Stabes ändert sich abwechselnd mit der Frequenz /

δ (t) = <5₈ · sin Inft (δ₈ =s const.) _{und er]aubt} ^ Verlaufe einer Peaode das geradlinig

bestimmt ist und wo K = ¹I₂, (K_g + Ka) ist. polarisiert aus der Schwächungsvorrichtung aus-

Die Gleichung (2) ist gültig, wenn (K₃-Kd) klein tretende Licht in ein Licht umzuformen, das alle

gegenüber K ist, was sich physikalisch immer ver- elliptischen Polarisätionszustande zwischen einem

wirklichen läßt. 35 linksgerichteten elliptischen Licht und einem rechts-

Der Lichtstrom Φ wird von einer Photozelle oder gerichteten elliptischen Licht gleicher Elliptizität

einsrn empfindlichen Photovervielfacher 11 empfangen. einnimmt.

Es läßt sich nächweisen, daß die Aüsgangsspannung Der Stab 18 kann ein Parallelepiped sein, aus der Zelle 11 im wesentlichen zwei Komponenten mit Silikon in den Abmessungen 1-1-3 cm gegossen, der Frequenz/ aufweist, die in Phasenopposition 40 gut ausgeglüht und periodischen Zug- und Druckstehen und von dsnen die eine V₁ (J) proportional beanspruchungen mit einer Frequenz / und mit ausdem Dichroismus (Kg-Ka) und die andere V₂ (f) reichender Intensität ausgesetzt, um in dem Parallel-Von χ abhängig ist. Diese Spannung, zweckmäßig epiped eine passende spannungsoptische Doppelphasenverschoben und trennschaif auf der Frequenz / brechung zu erzeugen, die parallel und senkrecht zu im Verstärker 12 verstärkt, steuert die Schwächungs- 45 den Beanspruchungsrichtungen verlaufen,
vorrichtung? für den Lichtstrom und legt den Wert Die Beanspruchungen, denen der Stab 18 ausdes Parameters χ so fest, daß V₁ und K₂ die gleiche gesetzt ist, werden mit Hilfe eines piezoelektrischen Amplitude aufweisen bei einer Fehlerspannung, die Plättchens 19 und zwei Stäben 20 und 21 aus Stahl, gegenüber Fj und F₂ vernachlässigbar klein ist. Magnesium oder Glas erzeugt, die' Ende an Ende Wenn der Dichroismus (K₉-Ka) ziemlich klein ist, 50 angeklebt sind.

ist nachweislich die Steuerspannung der Gradations- Das piezoelektrische Plättchen 19 wird mit einer

Vorrichtung proportional dem zu messenden Di- Spannung erregt, das die gleiche Frequenz/ hat

chroismus. Das Ausgangssignal des Selektiwerstär- wie die longitudinal Resonanzfrequenz des stab-

kers 12 wird auf einen Synchrondemodulator gegeben, förmigen Gebildes 2Ö-18-19-21 in Halbwellenf orm.

der die Bezugsspannung des Oszillators 14 erhält. 55 Ein Niederfrequenzgenerator 14 liefert eine Spannung

Die Gleichspannung am Ausgang des Demodu- mit der Oszillationsfrequenz des stabförmigen Ge-

lators 13 wird auf ein Registriergerät 17 gegeben, bildes. Diese zweckmäßig durch einen Verstärker 15

das vom Motor 9 des Monochromators über einen verstärkte Spannung wirkt auf das piezoelektrische

Korrekturschaltkreis 48 angetrieben wird. Plättchen 19 ein. Die Amplitude der Schwingungen

Die Bestimmung der Phase der Steuerspannung 60 des stabförmigen Gebildes und damit die in dem

des Reglers (O oder π entsprechend dem Vorzeichen Stab 18 induzierte Doppelbrechung wird durch Ein-

von [Kg^-Kd]) durch den Synchrondetektor 13 erlaubt wirken avf den Verstärkungsgräd des Verstärkers 15

das Halten des Vorzeichens des Dichroismus. gesteuert. Diese Steuerung ist eine Funktion der

In F i g. 2 ist der Doppelbrechungsmodulator 8 Wellenlänge des Lichtes, das aus dem Monochro-

dargestellt. Er besteht aus einem durchsichtigen 65 mator 4 mit Hilfe der Kopplungseinrichtung 16

Stab 18 mit veränderlicher Doppelbrechung, dessen (F i g. 1) erzeugt wird.

neutrale Linien On₁₈ und On'₁₈ einen Winkel von Eine Weiterbildung des Döppelbrechungsmodü-

45° mit der Richtung OP₁₇ des polarisierten Lichtes lators 8 ist in F i g. 4 dargestellt. Zwei piezoelek-

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irische. Plättchen 22 und 23 sind auf beiden Seiten von π/4 mit OP₂₈ und OP₂₉ bilden. Er weist ferner

des durchsichtigen Parallelepipeds 18 angeordnet, einen Doppelbrechungsmodulator 31 der im Zu-

und die beiden Stabs 25 und 26 sind auf die Außen- sammenhang mit den F i g. 2, 4 oder 5 beschriebenen

fläche der Plättchen aufgeklebt. Die Plättchen werden Art auf (bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6

bei diesem Ausführungsbeispiel parallel durch den 5 hat man einen Doppelbrechungsmodulator des in

Verstärker 15 beeinflußt. ^: Fig.2 dargestellten Typs angenommen), dessen

Lediglich als Beispiel wird nachstehend ein gemäß neutrale Linien On₃₁ und On₃₁ entsprechend parallel

F i g. 4 aufgebauter Modulator nach Abmessung zu On₃₀ und On₃₀ verlaufen. Dieser Doppelbrechungs-

und Material angegeben: modulator 31 wird durch das piezoelektrische EIe-

18: Parallelepiped aus Glas mit den Abmessungen io ment32, das er enthält, mit einer Frequenz /erregt.

20-13-13 mm; 22 und 23: zwei Plättchen aus Fig. 7 zeigt an zwei durch eine Halbperiode

»Transco«-Piezooxyd mit einer Dicke von 3 mm und voneinander getrennten Zeitpunkten die Polarisation

einem Durchmesser von 16 mm, auf den Seiten- am Ausgang der Elemente 28, 30, 31, 29. Man sieht

•flächen zum Anlegen der Spannung versilbert; 25 daraus, daß am Ausgang des Elements 29 die Po'ari-

und 26: zwei Stahlstäbe mit einem Durchmesser 15 sation linear ist und daß die Amplitude zwischen

von 12 mm und einer Länge von 120 mm; kommt Oa₁ und Oa₂ schwankt.

in Resonanz bei einer Halbwelle von 8200 Hz mit Da das System nicht abgeglichen ist, weist der

einer Bandbreite bei 3 db von 30 Hz und einem Q vom Photovervielfacher 11 gelieferte Strom eine

von etwa 200 und erzeugt einen Laufunterschied von Komponente mit der Frequenz/ auf, die durch den

20 Selektiv verstärker 12 mit großem Verstärkungsgrad

^ _ 2π («!—»J e _γ ο 29 λ verstärkt wird. Die Doppelbrechung des Doppel-

^m χ ' brechungsmodulators 31 bildet sich nun durch den

Regelkreis der durch den Lichtstrahl, die Photo-

(W₁, n₂ sind Kennzeichen für langsam und schnell, röhre 11, den Verstärker 12 und das Element 32

λ bedeutet Wellenlänge) mit einer wirksamen Span- 25 gebildet ist, auf einem solchen Niveau aus, daß sich

nung von 19 Volt, die auf die Plättchen gegeben die Komponente mit der Frequenz / im Strom des

wird, und einer elektrischen Leistung von 0,17 Watt. Photovervielfachers bei einer passenden Fehlerkom-

Der Doppelbrechungsmodulator wird durch nicht ponente aufhebt. Der Parameter x der Gleichung (1)

dargestellte elastische Stützen nach einem Viertel ist nun gleich 2π<5₇.

und nach drei Vierteln seiner Länge gehalten. 30 Wenn die Verstärkung des Verstärkers 12 aus-

Bei einer dritten und in F i g. 5 dargestellten Aus- reichend groß ist, nimmt der zu messende Dichrois-

führungsform eines Modulators kann man ein wei- mus die Form an:
teres Plättchen 27 an einer beliebigen Schnittstelle

eines Stabes 25 oder 26 anbringen, beispielsweise in g _j^ ^ _ 2πδ_Ί ^

der Mitte des Stabes 25. Damit ist — wie aus F i g. 5 35 ° ^d ~ J₁ (2πδ₈)
ersichtlich ist — der Stab 25 in zwei Stababschnitte

25' und 25" geteilt. Die an den Klemmen des Platt- wobei ö₈ die maximale Laufdifferenz in Wellenlängen chens 27 durch die sich in dem Stab ausbreitenden ist, die durch den Doppelbrechungsmodulator 8 einelastischen Wellen erzeugte Spannung kann auf den geführt wird; <5₇ ist die maximale Laufdifferenz in Eingang des Verstärkers 15 an Stelle des Generators 14 40 Wellenlängen, die durch die Schwächungsvorrichder beiden Ausführungsformen nach den F i g. 2 tung7 eingeführt wird; d ist die Abweichung der und 4 gegeben werden. Unter der Voraussetzung, Laufdifferenz, b.zogen auf eine Viertelwellenlänge, daß die Übertragungsfunktion des Verstärkers 15 und die durch das als schwach angenommene EIepassend gewählt ist, kann man einen selbstschwin- ment 30 eingeführt wird; J₁ bezeichnet die Besselgenden Doppelbrechungsmodulator verwirklichen. Die 45 Funktion 1. Ordnung.

Amplitude der Schwingungen des Stabes und damit Die an das piezoelektrische Element 32 angelegte

der im Teil 18 induzierten Doppelbrechung, wird Spannung F₇ ist proportional O₇, also auch pro-

durch Einwirkung auf ein nichtlineares Element des portional dem zu messenden Dichroismus. Diese

Verstärkers 15 gesteuert. Spannung wird mit Hilfe des Synchrondemodu-

Der piezoelektrische Empfänger 27 kann durch 50 la tors 13 gemessen, dessen Bezugsspannung vom

jeden Mikrofonempfänger ersetzt werden, der bei- Generator 14 geliefert wird.

spielsweise am äußeren Ende der Teile 25 und 26 Damit die Proportionalitätskonstante der Spanangeordnet ist. nung F₇ beim zu messenden Dichroismus (Kg-Kd)

Auch die Schwächungsvorrichtung für den Licht- bei allen Wellenlängen die gleiche ist, muß δ₈ durch

strom kann vom gleichen spannungsoptischen Typ 55 Einwirkung auf den Verstärkungsgrad des Verstär-

sein wie der Doppelbrechungsmodulator 8, oder ein kers 15 konstant gehalten werden. Diese Einwirkung

unterschiedlicher Typ, wie beispielsweise eine be- erfolgt mit Hilfe der Steuervorrichtung 16, die mit

kannte Faradaysche Zelle. dem Antriebsmotor des Monochromators gekoppelt

Gemäß den F i g. 6 und 7 weist die Schwächungs- ist. Außerdem muß der Einfluß der Wellenlänge

vorrichtung? einen .eingangsseitigen Polarisator 28 60 auf <5₇ mit Hilfe des Kompensators 48 kompensiert

und einen ausgangsseitigen Analysator 29 auf, deren werden, der gleichermaßen mit d^m Monochromator 4

Polarisationsrichtungen OP₂₈ und OP₂₉ parallel oder gekoppelt ist.

kreuzweise verlaufen. Sie weist außerdem ein Viertel- Bei den verschiedenen Abwandlungsformen einer

wellenlängenplättchen 30 auf, das zwischen den Schwächungsvorrichtung, die nachstehend im Zu-

beiden Polarisatoren angeordnet ist und von einem 65 sammenhang mit den F i g. 8 bis 11 beschrieben

Fresnelschen Parallelepiped oder durch einen ein- werden, weist die Schwächungsvorrichtung an Stelle

stellbaren spannungsoptischen Stab gebildet ist und eines einzigen Organs, das von der Ausgangswechsel-

dessen neutrale Linien Ow₃₀ und On₃₀ einen Winkel spannung des Selektivverstärkers 12 beeinflußt wird,

deren zwei auf. Das eine Organ davon ist ein Lichtmodulator und wird mit einer Wechselspannung mit der Frequenz / und konstanter Amplitude erregt. Diese Spannung wird am Ausgang des auch den Doppelbrechungsmodulator versorgenden Verstärkers vorgegeben. Das andere Organ ist ein Amplitudenmodulator, der zur Variation der Amplitude des wechselnden Lichtflusses bestimmt ist, der durch den Lichtmodulator erzeugt wird, und wird mit der Ausgangsspannung des Selektivverstärkers nach einer synchronen Demodulation gespeist.

Die in den F i g. 8 und 9 dargestellte Schwächungsvorrichtung für den Lichtstrom weist zwischen zwei Polarisatoren 28 und 29 einen Doppelbrechungsmodulator 31, eine Viertelwellenlängeplatte 30, die leicht achromatisch ist (beispielsweise ein Fresnelsches Parallelepiped aus Silikon) und eine magnetoptische Faradaysche Zelle 35 bis 36 auf. Der Doppelbrechungsmodulator 31 wird mit einer Wechselspannung mit der Frequenz / und konstanter Amplitude gesteuert, und die. magnetoptische Zelle 35 bis 36 wird durch einen vom Synchrondemodulator 13 gelieferten Gleichstrom /₁₃ gesteuert. Die Polarisationsrichtungen der Polarisatoren 28 und 29 und die neutralen Achsen des Doppelbrechungsmodulators 31 und der Viertelwellenlängeplatte 30 sind wie in Fig. 11 dargestellt ausgerichtet. Vorausgesetzt, daß der Grad der Verstärkung des Selektivverstärkers 12 ausreichend groß ist, läßt sich der Dichroismus durch folgende Gleichung ausdrücken: .

der Frequenz/ erregt, das selbst durch den Verstärker 15 so beeinflußt wird, daß die erzeugte maximale Laufdifferenz <5₃₉ von der gleichen Größenordnung ist, wie die vom Doppelbrechungsmodulator 8 erzeugte Laufdifferenz δ₈. Ein Element 38 erzeugt eine stetige und regelbare Laufdifferenz d_3S der neutralen Linien On₃₈ und On'_is, die parallel zu denjenigen des Elementes 39 (F i g. 11) laufen.

Die kontinuierliche Laufdifferenz <5₃₈ wird entweder durch den elektrooptischen Pockels-Effekt oder durch den elektrooptischen Kerr-Effekt oder durch einen spannungsoptischen Effekt erzeugt und wird so eingestellt, daß die Komponenten des Stromes des Photomultiplikators 11 mit der Frequenz / aufgehoben werden. Dann ergibt sich für den Dichroismus folgende Formel:

4 AI₁₃J₁ (2πδ₃₁) λ₁(2πδ₈)

cos 2nd

1 -2AL, 2nd

in welcher bedeutet d die Abweichung der Laufdifferenz bei einer durch das Teil 30 erzeugten Viertelwellenlänge; d ist immer ziemlich klein, so daß der Ausdruck

cos 2 nd\\—2A I₁₃ 2nd

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gleich 1 gesetzt werden kann; δ₈ ist die maximale Laufdifferenz, die durch den Doppelbrechungsmodulator 8 erzeugt wird; <5₃₁ ist die durch das Element 31 bewirkte maximale Laufdifferenz.

Wenn die Werte für δ₈ und δ₃₁ einander ziemlich benachbart liegen, was sich durch eine entsprechende Konstruktion der Vorrichtung erzielen läßt, zeigt sich, daß die Änderungen von <5₈ und <5₃₁ in Abhängigkeit von der Wellenlänge ohne Einfluß auf die Funktion der Vorrichtung sind, was sehr vorteilhaft ist.

Δ ist ein von der Wellenlänge abhängiger Proportionalitätsfaktor der magnetoptischen Zelle. Der beim Durchgang des Stromes I₁₃ durch den Widerstand 37 erzielte Spannungsabfall, der kompensiert wird, um den Änderungen von Δ mit der Wellenlänge Rechnung zu tragen, wird mit einer klassischen Registriervorrichtung 17 gemessen, um (K₃-Kd) oder jede proportionale Größe als Funktion der Wellenlänge direkt darzustellen.

Die Elemente 30 und -31 können unbeschadet vertauscht werden.

Bei einer anderen, in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform der Schwächungsvorrichtung ist zwischen den beiden Polarisatoren 28 und 29 ein Element 39 angeordnet, das dem Doppelbrechungsmodulator 8 vergleichbar ist. Die Doppelbrechung des durchsichtigen Stabes dieses Elementes 39 wird mit Hilfe eines piezoelektrischen Übertragers mit Ka — Kd —

4 π J₁ (2 Jtd₃₉)

"38-

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen des Zirkular-Dichroismus eines optisch aktiven Körpers, mit einer Lichtquelle, einem Monochromator und einer Polarisationsvorrichtung zur Bildung eines monochromatischen Strahles von linear polarisiertem Licht; mit einer Schwächungseinrichtung zur Änderung der Intensität des linear polarisierten Lichtflusses, einem Doppelbrechungsmodulator zum Empfang des in seiner Intensität wechselnden linear polarisierten Lichtflusses und zur Erteilung einer periodischen Änderung der Polarisation des Lichtstrahles von einer linksgerichteten auf eine rechtsgerichtete Zirkularpolarisation und zurück; mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Wechselstromes bestimmter Frequenz für den Doppelbrechungsmodulator, einem quer zu dem veränderlichen Polarisationslichtstrahl liegenden Träger für den optisch aktiven Körper, einem elektrooptischen Übertrager, der aus dem veränderlichen Polarisationslichtstrahl eine Signalkomponente mit der vorgegebenen Frequenz zur Steuerung der Lichtfluß-Schwächungseinrichtung erzeugt, und mit einer Vorrichtung zur Anzeige der Stärke des gemessenen Zirkular-Dichroismus, dadurch gekennzeichnet, daß als Doppelbrechungsmodulator (8) ein Stab oder eine Scheibe (18) aus spannungsoptischem Material, ein mit dieser Scheibe gekoppelter und von der Einrichtung zur Erzeugung von Wechselstrom (14,15) gespeister piezoelektrischer Übertrager (19) und ein länglicher Stab (20,21) verwendet wird, in dessen Mitte die spannungsoptische Scheibe (18) und der piezoelektrische Übertrager (19) eingefügt sind (F i g. 2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelbrechungsmodulator zwei piezoelektrische Übertrager (22, 23) aufweist, die mit der spannungsoptischen Scheibe (18) an deren beiden Enden gekoppelt und beide von der Einrichtung zur Erzeugung von Wechselstrom gespeist sind, und daß ein länglicher Stab (25, 26) vorgesehen ist, in dessen Mitte die spannungsoptische Scheibe und die beiden piezoelektrischen Übertrager (22, 23) eingefügt sind (F i g.4).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Einrichtung (15) zur Erzeugung von Wechselstrom, durch eine Anordnung am Doppelbrechungsmodulator gesteuert wird, die einen mit dem länglichen Stab (25') verbundenen Druckfühler (27) und einen Verstärker (15) aufweist, der einen mit dem Druckfühler (27) verbundenen Eingang und einen parallel mit den piezoelektrischen Übertragern (22,23) verbundenen Ausgang aufweist (F i g. 5).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (18) des Doppelbrechungsmodulators aus Glas oder geschmolzenem Silikat besteht und daß die Länge des länglichen Stabes (31) gleich der Hälfte der Wellenlänge ist, die der Frequenz des Wechselstromes entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfiuß-Schwächungseinrichtung eine Viertelwellenlängeplatte (30), einen Doppelbrechungsmodulator mit einer Scheibe (18) aus spannungsoptischem Material, einen piezoelektrischen Übertrager (32), der mit dieser Scheibe verbunden und von einer Steuereinrichtung mit der Signalkomponente vorgegebener Frequenz gespeist ist, und einen länglichen Stab (31) aufweist, in dessen Mitte die spannungsoptische Scheibe und die piezoelektrischen Übertrager eingefügt sind, und daß ein Analysator (29), die Viertelwellenlängeplatte (30) und der Doppelbrecbungsmodulator (8) hintereinander im Strahlenweg angeordnet sind (F i g. 6, 7).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächungsvorrichtung (7) zwei Polarisatoren (28, 29) aufweist, deren Polarisationsrichtungen einen Winkel von 45° miteinander einschließen, daß zwischen den beiden Polarisatoren (28, 29) ein Doppelbrechungsmodulator mit einem durchsichtigen spannungsoptischen Körper (18) und mit einem schwingenden Stab (31) angeordnet ist, dessen neutrale Achsen 45° mit der Polarisationsrichtung des ersten Polarisators (28) einschließen und dessen Erregungsemrichtung durch ein Signal mit konstanter Amplitude und der Frequenz der Erregungsquelle (14) erregt wird, daß ein Viertelwellenlängestab (30), dessen neutrale Achsen parallel zu denjenigen des Doppelbrechungsmodulators (8) verlaufen, und eine Faradaysche Zelle, auf welche das gleichgerichtete Ausgangssignal des Synchronmodulators (13) gegeben wird, vorgesehen sind (F i g. 8, 9).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächungsvorrichtung (7) zwei Polarisatoren (28, 29) mit parallelen Polarisationsrichtungen aufweist, und zwischen diesen beiden Polarisatoren ein Doppelbrechungsmodulator (39) mit einem durchsichtigen spannungsoptischen Körper angeordnet ist, dessen neutrale Achsen unter 45° zu der Polarisationsrichtung des ersten Polarisators (28) verlaufen und dessen Erregungseinrichtung mit einem Signal konstanter Amplitude und der Frequenz der Erregungseinrichtung des Doppelbrechungsmodulators (8) der Vorrichtung gespeist wird, und daß ein optisches Element (38) vorgesehen ist, das dem Strahlenbündel eine kontinuierliche und regelbare Laufdifferenz erteilt und dessen neutrale Achsen parallel zu denjenigen des Doppelbrechungsmodulators (8) verlaufen (F ig. 10,11).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen