光彈效應(yīng)實(shí)驗(yàn)講義

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1、目錄實(shí)驗(yàn)光彈性效應(yīng)實(shí)驗(yàn)1.7.實(shí)驗(yàn)光彈性效應(yīng)實(shí)驗(yàn)一:實(shí)驗(yàn)設(shè)備光學(xué)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)軌1000mm1根白光光源（含電源）1臺(tái)二維+LD（含電源）1臺(tái)擴(kuò)束鏡1套光彈性材料1塊1/4波片2套偏振片2套壓力架1個(gè)滑塊8個(gè)透鏡1個(gè)白屏1塊二：實(shí)驗(yàn)原理塑料、玻璃等非晶體在通常情況下是各向同性而不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象的。但是當(dāng)它們受到應(yīng)力的時(shí)候，就會(huì)變成各向異性而顯示出雙折射性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為光彈性效應(yīng)。各向同向的介質(zhì)在某一方向受應(yīng)力時(shí)，在這個(gè)方向上就形成了介質(zhì)的光軸。設(shè)應(yīng)力為P，設(shè)這時(shí)出現(xiàn)的o光和e光的折射率分別為no和ne，則在一定的范圍內(nèi)：no–

2、ne=CPC為常量。因此通過(guò)的厚度為L(zhǎng)的形變介質(zhì)時(shí)，兩偏振光的相位差為：.7.單色光通過(guò)起偏鏡后成為平面偏振光u到達(dá)第一個(gè)1/4波片后，沿波片分解成快、慢軸平面偏振光u1、u2通過(guò)1/4波片后，u1、u2相對(duì)產(chǎn)生向位差，則成為(沿快軸)(沿慢軸)u1、u2合成為圓偏振光。設(shè)受力模型上o點(diǎn)的主應(yīng)力的方向與第一個(gè)1/4波片的快軸成角。當(dāng)u1、u2入射到模型o點(diǎn)時(shí)，分別沿該點(diǎn)主應(yīng)力、方向分解為(沿方向)(沿方向)通過(guò)試片后，、相對(duì)產(chǎn)生相位差，成為同理，可知經(jīng)過(guò)第二個(gè)1/4波片后，公式就成為.7.(沿慢軸)(沿快軸)、通過(guò)檢偏鏡

3、后得合成偏振光為當(dāng)：，上式可簡(jiǎn)化為：如此一來(lái)，光通過(guò)檢偏鏡后再次利用光強(qiáng)公式我們可以寫成如果用光程差表示，則由于，得很清楚的由公式我們可以看到僅在，即△=()時(shí)才會(huì)出現(xiàn)暗點(diǎn)，這也表示利用圓偏振場(chǎng)的確可以消除等傾線對(duì)條紋圖形的影響。這兩束光經(jīng)過(guò)檢偏器就產(chǎn)生了偏振光的干涉現(xiàn)象。我們將看到與應(yīng)力分布相關(guān)的干涉花樣。在白光照射下產(chǎn)生的干涉花樣中，彩色的條紋稱為等差線，它的疏密情況反映的是應(yīng)力的大?。缓谏臈l紋稱為等傾線，它反映應(yīng)力的方向。我們可以使用1/4波片消除等傾線，方法是：在光彈性材料的前后給插入一個(gè)1/4波片，兩個(gè)1/4

4、波片的取向正交，并與兩個(gè)偏振片成45度。此時(shí)等傾線將消失。利用光彈性效應(yīng)，提供了一種檢測(cè)材料內(nèi)應(yīng)力分布的簡(jiǎn)單方法，目前經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)專門的學(xué)科——.7.光彈性學(xué)，它為工程設(shè)計(jì)解決了及其復(fù)雜的應(yīng)力分析問(wèn)題。三:實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)圖一（一）觀察等差線和等傾線1：將白光光源放在導(dǎo)軌的一端，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)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），此時(shí)從偏振片出來(lái)的光為線偏振光。3：在第一個(gè)偏振片的前面放入第二偏振片（檢偏器），旋轉(zhuǎn)第二個(gè)偏振片，使得出射的光最暗。（可以用眼睛迎著光的方向觀察。）此時(shí)兩個(gè)偏振片正交。

5、4：將一個(gè)1/4波片放在兩個(gè)正交的偏振片之間，旋轉(zhuǎn)1/4波片使得從第二個(gè)偏振片出射的光再次最暗。（可以用眼睛迎著光的方向觀察。）此時(shí)1/4波片的光軸和起偏器的透振方向平行。再將1/4波片旋轉(zhuǎn)45度。然后取下1/4波片待用。5：將第二個(gè)1/4波片放在兩個(gè)正交的偏振片之間，旋轉(zhuǎn)1/4波片使得從第二個(gè)偏振片出射的光再次最暗。（可以用眼睛迎著光的方向觀察。）此時(shí)1/4波片的光軸和起偏器的透振方向平行。再將1/4波片沿與第一個(gè)1/4波片轉(zhuǎn)動(dòng)的相反的方向旋轉(zhuǎn)45度。然后取下1/4波片待用。.7.6：將壓力架放入兩個(gè)正交的偏振片之間，

6、并將光彈性材料放入壓力架中，再在檢偏器的前面放入成象透鏡，在導(dǎo)軌的另一端放入白屏。移動(dòng)成像透鏡的位置，使得光彈性材料能在白屏上成清晰的像。7：旋轉(zhuǎn)壓力架上方的旋扭給光彈性材料加壓，給光彈材料加壓時(shí)，先打開(kāi)壓力架上壓力指示器，邊觀察壓力的大小邊加壓，壓力的大小不要超過(guò)壓力指示器的量程（50kg）此時(shí)在白屏上能看到彩色的條紋（等差線）和黑色的條紋（等傾線）。改變壓力的大小，觀察白屏上的等差線和等傾線的變化情況。8：在起偏器和光彈性材料之間放入第一個(gè)1/4波片，在檢偏器和光彈性材料之間放入第二個(gè)1/4波片，觀察白屏上的條紋和沒(méi)

7、有加兩個(gè)1/4波片前的變化情況。此時(shí)看不到黑色的條紋（等傾線），只看到彩色的條紋（等差線）。9：取下兩個(gè)1/4波片和壓力架以及光彈性材料，在原來(lái)光彈性材料的地方放入學(xué)生用的透明的三角尺（或直尺等），觀察白屏上出現(xiàn)的花樣。思考其形成原理。（二）等差線和等傾線的拍攝實(shí)驗(yàn)圖二1：將二維+LD導(dǎo)軌的一端，打開(kāi)電源，調(diào)整二維+LD上的二維調(diào)節(jié)旋鈕，使得激光沿導(dǎo)軌平行出射。2：在導(dǎo)軌按著如實(shí)驗(yàn)圖二所示的光路放入擴(kuò)束鏡和透鏡，調(diào)節(jié)透鏡的位置，使得從透鏡出來(lái)的光為準(zhǔn)直的平行光束。.7.2：在透鏡前面放入偏振片（起偏器），旋轉(zhuǎn)起偏器，使得

8、出射的光束較亮，在第一個(gè)偏振片的前面放入第二偏振片（檢偏器），旋轉(zhuǎn)第二個(gè)偏振片，使得出射的光最暗。（可以用眼睛迎著光的方向觀察。）此時(shí)兩個(gè)偏振片正交。4：將一個(gè)1/4波片放在兩個(gè)正交的偏振片之間，旋轉(zhuǎn)1/4波片使得從第二個(gè)偏振片出射的光再次最暗。（可以用眼睛迎著光的方向觀察。）此時(shí)1/4波片的光軸和起偏器的透振方向平