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，两偏振光的相

2、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，则由于，得很清楚的由公

3、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，它为工程设计解决了及其复杂的应

4、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波片待用。5：将第二个1/4波片放在两个正交

5、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指示器的量程（50kg）此时在白屏上能看到彩色的条

6、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

7、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