二向色是某些材料的一种光学特性，可以选择性地吸收不同偏振的光线。这意味着，当通过不同方向的偏振滤光片观察时，该材料将显示出不同的颜色。表现出二色性的材料被称为二色性材料。具有光学涂层的镜子、滤光片和棱镜通常使用二色性材料来反射和透射某些波长的光线。这种材料对透射光的一个平面极化成分的吸收比另一个更强，导致透射或反射光的颜色不同。

图1：二色性晶体中的二色性

二向色棱镜，通常用于某些摄像机，利用多个涂层将光分成红、绿、蓝三部分，然后记录在独立的CCD阵列上。二向色材料被用于各种应用，从将可见光分成不同的波长到吸收不同偏振的光线。图1显示了显示二色性的二色性晶体。

二向色和偏振  

二向色与偏振密切相关，偏振指的是光的电场矢量的方向。通过研究材料中与偏振有关的光的吸收，二色性可以提供有关材料的电子和结构特性的宝贵信息，使其成为材料科学、化学和生物物理学等各个领域的重要工具。

图2：线性和圆形偏振光

电磁（EM）光的两种类型的偏振是线性偏振和圆形偏振。当电磁波的电场矢量在一个平面内摆动时，就会发生线性偏振，而磁场则在同一平面内与电场垂直摆动。当电磁波的电场矢量在一个圆圈内旋转，而不是在一个平面内振荡时，就会发生环形极化。图2表示线性极化和圆形极化的光。

线性偏振光表现出的震荡仅限于一个平面。任何偏振光状态都可以表示为两个相互垂直的线性偏振状态的组合，通常被称为垂直和水平偏振。如果两个分别具有水平和垂直偏振的光波同相，它们将产生一个线性偏振角为45o的结果光波。所产生的电磁波的特性由组成波的相对强度和相位差决定。

当其中一个偏振状态相对于另一个偏振状态相位偏离四分之一波长时，产生的波呈现螺旋状，被称为圆偏振光（CPL）。一个将线性偏振光转换为圆偏振光的装置被称为四分之一波板。通过将光束的一个线性分量相对于另一个分量延迟四分之一个波长，四分之一波板可以将线性偏振光转换为圆偏振光。这导致产生左圆偏振或右圆偏振的光。如果具有相同振幅和波长的左、右圆偏振波叠加在一起，就会产生平面偏振波。

二向色的类型

有两种类型的二色性：线性二色性和圆二色性。线性二色性指的是对一个方向的偏振光的选择性吸收。圆形二色性是指对右旋和左旋偏振光的吸收存在差异的现象。这两种类型的二色性通常在各种材料中观察到，包括晶体、溶液和生物分子。

圆形二色性（CD）是最常观察到的二色性形式。它涉及对两种类型的圆偏振光的选择性吸收：左手圆偏振光（L-CPL）和右手圆偏振光（R-CPL）。当一个分子含有手性发色团时就会产生圆偏振，例如在DNA分子中发现的那些发色团，它们的结构中拥有一个手性糖，导致内在的不对称性。这导致了色基之间的强烈相互作用，并产生了强烈的圆二色性光谱。

当一个平面极化的光波（蓝色）穿过一个不吸收光波的左圆极化成分（红色）而高度吸收右圆极化成分（绿色）的介质时，绿色成分的强度与红色成分相比有所下降。

应用

由于其独特的光学特性，二色性材料在光学领域被广泛使用。二向色材料最常见的应用之一是用于摄影和视频的彩色滤镜。二向色滤光片能够只传输特定波长的光，从而在照片和视频中产生生动的、真实的色彩。

除了滤光片，二色性材料还被用于偏振滤光片。这些滤光片用于消除水或玻璃等表面不必要的反射，也可用于减少电子显示屏的眩光。偏光滤光片的工作原理是选择性地吸收一个方向的偏振光波，同时允许另一个方向的偏振光波通过。

在某些生物分子中也能观察到二色性，如DNA和蛋白质。圆形二色性光谱是一个强大的分析工具，用于研究这些分子的结构和功能。科学家可以通过测量左旋和右旋偏振光的不同吸收，获得对生物分子三维结构的宝贵见解。