Гиротропия среды – совокупность оптических свойств среды, имеющей по крайней мере одно направление, не эквивалентное обратному, связанных с проявлением эффектов пространственной дисперсии первого порядка; важнейшие из них – эллиптическое двойное лучепреломление и эллиптический дихроизм (частный случай – вращение плоскости поляризации). Явление гиротропии было обнаружено Д.Ф. Араго (D.F. Arago) в 1811 году в экспериментах с кристаллическими пластинами кварца, вырезанными перпендикулярно оптической оси.
Уравненияния связи для гиротропной среды имеют вид:

,где D - индукция, E - напряжённость электрического поля световой воллны, ε - тензор диэлектрической проницаемости, γ - тензор гирации 3-го ранга.

Для прозрачных немагнитных сред и плоских монохроматических волн уравнение можно записать в виде:

,где k - волновой вектор, g - опсевдотензор гирации второго ранга.

Такой вид уравнения означает, что ответ среды – индукция D – на внешнее возмущение – поле E – зависит не только от поля в рассматриваемой точке, но и от поля в некоторой окрестности радиуса а, т.е. учитывается нелокальность связей между векторами поля.
Для возникновения гиротропии необходимо:
- заметное изменение фазы световой волны на характеристическом расстоянии а молекулярного взаимодействия, создающего пространственную дисперсию (параметром а могут быть размеры молекул, межмолекулярные расстояния, постоянная кристаллическая решётки, длина свободного пробега электронов, экситонов и т.д.)
- наличие в рассматриваемом объекте определенной дисимметрии (хиральности) – прежде всего отсутствие центра симметрии.

Гиротропия может быть как естественной, так и индуцированной, наведённой какими-либо полями (электрическими, магнитными) или деформацией, а также в сильных световых (лазерных) полях возможна нелинейная оптическая активность.

Если гиротропия обусловлена внутримолекулярными взаимодействиями и локализованными в молекуле возбуждениями, то параметр а отождествляется с размерами молекулы и внутримолекулярными расстояниями. В этом случае говорят о «молекулярной» гиротропии, связанной с оптической активностью молекул.

Если причиной гиротропных свойств кристалла являются межмолекулярные взаимодействия и делокализованные возбуждения или движение свободных носителей, параметром а соответственно служат межмолекулярные расстояния, радиус молекулярного действии, размеры элементарной ячейки и т.д. В этом случае говорят о «кристаллической» гиротропии.

В случае молекулярной гиротропии диссимметрична внутренняя структура самой молекулы, а при кристаллической гиротропии диссимметрична структура кристалла (хотя молекулы в свободном состоянии могут быть и симметричными). Следует отметить тот факт, что процессы, приводящие к появлению молекулярной оптической активности, могут охватывать всю молекулу в целом. Типичным примером является молекула гексагелицена (рис.1), где цепочка бензольных колец расположена по спирали. Здесь все процессы рассеяния фотонов разыгрываются в диссимметричном облаке полностью делокализованных электронов, т.е. возбуждается вся молекула.

 

Вращение плоскости поляризации, круговой дихроизм, циркулярная поляризация люминесценции есть частные проявления гиротропии – пространственной дисперсии первого порядка. Пространственная дисперсия, как известно, есть следствие нелокальности связей между векторами поля, т.е. влияния на процессы в данной точке среды процессов, происходящих в соседних областях, если это влияние передается со скоростью, сравнимой со скоростью света в среде.

Гиротропия в существенной мере определяет поляризацию и показатели преломления электромагнитных волн в среде. Благодаря этому обстоятельству, изменяя характеристики гиромагнитной среды, управляют свойствами электромагнитного излучения, а измеряя параметры электромагнитных волн, определяют характеристики гиротропной среды, в частности, с гиротропией связаны эффекты Фарадея эффект и Коттона – Мутона, а также существование свистящих атмосфериков в ионосфере и геликонов в плазме твёрдого тела, возникновение обыкновенных и необыкновенных волн в ферритах и ферродиэлектриках и т.д. Кроме того, при большой интенсивности излучения гиротропия способна оказывать существенное влияние на нелинейное взаимодействие волн и на характер их воздействия на среду (например, при нелинейном воздействии радиоволн на ионосферу).


 

Высокочастотная электрооптическая модуляция в среде с гиротропией  позволяет расширить возможности обычных электрооптических устройств за счет преобразования фазовой модуляции в межмодовую связь. Кроме того, в результате смещения фазового синхронизма при межмодовом преобразовании с нулевой частоты в высокочастотную область частот модуляции появляется возможность реализовать эффективное широкополосное межмодовое преобразование. Не известной ранее особенностью межмодового преобразования является увеличение частоты, соответствующей максимальному преобразованию, по сравнению с частотой синхронизма для длин взаимодействия, меньших длины поляризационных биений. На основе этих эффектов могут быть созданы модуляторы состояния поляризации и сдвигатели частоты света в гигагерцовом диапазоне частот. Особенно перспективно создание многослойных интегрально-оптических структур на основе электрооптических полимеров, в которые добавлены оптически активные молекулы.