光弹效应实验讲义

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1、目录实验光弹性效应实验1.7.实验光弹性效应实验一:实验设备光学实验导轨1000mm1根白光光源(含电源)1台二维+LD(含电源)1台扩束镜1套光弹性材料1块1/4波片2套偏振片2套压力架1个滑块8个透镜1个白屏1块二:实验原理塑料、玻璃等非晶体在通常情况下是各向同性而不产生双折射现象的。但是当它们受到应力的时候,就会变成各向异性而显示出双折射性质,这种现象称为光弹性效应。各向同向的介质在某一方向受应力时,在这个方向上就形成了介质的光轴。设应力为P,设这时出现的o光和e光的折射率分别为no和ne,则在一定的范围内:no–ne=CPC为常量。因此通过的厚度为L的形变介质时,两

2、偏振光的相位差为:.7.单色光通过起偏镜后成为平面偏振光u到达第一个1/4波片后,沿波片分解成快、慢轴平面偏振光u1、u2通过1/4波片后,u1、u2相对产生向位差,则成为(沿快轴)(沿慢轴)u1、u2合成为圆偏振光。设受力模型上o点的主应力的方向与第一个1/4波片的快轴成角。当u1、u2入射到模型o点时,分别沿该点主应力、方向分解为(沿方向)(沿方向)通过试片后,、相对产生相位差,成为同理,可知经过第二个1/4波片后,公式就成为.7.(沿慢轴)(沿快轴)、通过检偏镜后得合成偏振光为当:,上式可简化为:如此一来,光通过检偏镜后再次利用光强公式我们可以写成如果用光程差表示,则

3、由于,得很清楚的由公式我们可以看到仅在,即△=()时才会出现暗点,这也表示利用圆偏振场的确可以消除等倾线对条纹图形的影响。这两束光经过检偏器就产生了偏振光的干涉现象。我们将看到与应力分布相关的干涉花样。在白光照射下产生的干涉花样中,彩色的条纹称为等差线,它的疏密情况反映的是应力的大小;黑色的条纹称为等倾线,它反映应力的方向。我们可以使用1/4波片消除等倾线,方法是:在光弹性材料的前后给插入一个1/4波片,两个1/4波片的取向正交,并与两个偏振片成45度。此时等倾线将消失。利用光弹性效应,提供了一种检测材料内应力分布的简单方法,目前经发展成为一个专门的学科——.7.光弹性学,

4、它为工程设计解决了及其复杂的应力分析问题。三:实验步骤实验图一(一)观察等差线和等倾线1:将白光光源放在导轨的一端,打开电源开关能看到出射的近似平行光。2:在白光光源的前面放入偏振片(起偏器),此时从偏振片出来的光为线偏振光。3:在第一个偏振片的前面放入第二偏振片(检偏器),旋转第二个偏振片,使得出射的光最暗。(可以用眼睛迎着光的方向观察。)此时两个偏振片正交。4:将一个1/4波片放在两个正交的偏振片之间,旋转1/4波片使得从第二个偏振片出射的光再次最暗。(可以用眼睛迎着光的方向观察。)此时1/4波片的光轴和起偏器的透振方向平行。再将1/4波片旋转45度。然后取下1/4波片

5、待用。5:将第二个1/4波片放在两个正交的偏振片之间,旋转1/4波片使得从第二个偏振片出射的光再次最暗。(可以用眼睛迎着光的方向观察。)此时1/4波片的光轴和起偏器的透振方向平行。再将1/4波片沿与第一个1/4波片转动的相反的方向旋转45度。然后取下1/4波片待用。.7.6:将压力架放入两个正交的偏振片之间,并将光弹性材料放入压力架中,再在检偏器的前面放入成象透镜,在导轨的另一端放入白屏。移动成像透镜的位置,使得光弹性材料能在白屏上成清晰的像。7:旋转压力架上方的旋扭给光弹性材料加压,给光弹材料加压时,先打开压力架上压力指示器,边观察压力的大小边加压,压力的大小不要超过压力

6、指示器的量程(50kg)此时在白屏上能看到彩色的条纹(等差线)和黑色的条纹(等倾线)。改变压力的大小,观察白屏上的等差线和等倾线的变化情况。8:在起偏器和光弹性材料之间放入第一个1/4波片,在检偏器和光弹性材料之间放入第二个1/4波片,观察白屏上的条纹和没有加两个1/4波片前的变化情况。此时看不到黑色的条纹(等倾线),只看到彩色的条纹(等差线)。9:取下两个1/4波片和压力架以及光弹性材料,在原来光弹性材料的地方放入学生用的透明的三角尺(或直尺等),观察白屏上出现的花样。思考其形成原理。(二)等差线和等倾线的拍摄实验图二1:将二维+LD导轨的一端,打开电源,调整二维+LD上

7、的二维调节旋钮,使得激光沿导轨平行出射。2:在导轨按着如实验图二所示的光路放入扩束镜和透镜,调节透镜的位置,使得从透镜出来的光为准直的平行光束。.7.2:在透镜前面放入偏振片(起偏器),旋转起偏器,使得出射的光束较亮,在第一个偏振片的前面放入第二偏振片(检偏器),旋转第二个偏振片,使得出射的光最暗。(可以用眼睛迎着光的方向观察。)此时两个偏振片正交。4:将一个1/4波片放在两个正交的偏振片之间,旋转1/4波片使得从第二个偏振片出射的光再次最暗。(可以用眼睛迎着光的方向观察。)此时1/4波片的光轴和起偏器的透振方向平

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