实验力学盖秉政第8章光弹实验基本原理

(c)
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理论力学
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光程差
n1 n2 C(1 2 )
(c)
hh
=
V (t1
t2
)
V
( V1
) V2
＝h （n1 －n2 ）
＝C h （ 1－ 2 ） （8－6）
当模型的厚度h一定时，任一点的光程差与该点的主应力差成正比。
1
2
Ch
1
2
N
Ch
1 2
f
N h
f=λ /C 称为材料的条纹值，单位为N/m。
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圆 偏 振 光 装 置
理论力学
C
P1 Q1 M Q2 P2
L1
S
A
L2
A：光源 C：准直镜 P1：起偏镜 Q1：1/4 波片 M：受力架和模型 Q2：1/4波片 P2：分 析镜 L1：视场镜 L2：成象透镜 S：光屏
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第三节 平面应力——光学定律
折射率
n1 n0 A1 B 2 (a)
45o 2
45o
1
P2 Q2 M
Q1 P1
P1：起偏镜 P2：分析镜 M：受力模型 Q1和Q2：1/4波片
平行圆偏振布置
第一块四分之一波片的快、慢轴与起偏镜偏振轴成45°角， 第二块四分之一波片的快轴和慢轴恰好与第一块四分之一波片 的快、慢轴正交；检偏镜的偏振轴与起偏镜相互平行，呈现亮 场。
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n2 n0 A 2 B 1 (b)
式中 n0——无应力时模型材料的折射率 n1( n2)——模型材料对振动方向为σ1 (σ2)方向的一束平面偏振光的折射率 A、B——模型材料的绝对应力光学系数。
从式（a）、（b）消去n0 ，并令C = A – B ，得
也即相对光程差 n1 n2 C(1 2 )
明场
P2
P1
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平 面 偏 振 光 装 置
C
P1 M P2
L1
S
A
L2
A：光源 C：准直镜 架和模型 P2：分析镜 透镜 S：光屏
P1：起偏镜 L1：视场镜
M：受力 L2：成象
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双正交圆偏振布置
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第一块四分之一波片的快、慢轴与起偏镜偏振轴成45° 角，第二块四分之一波片的快轴和慢轴恰好与第一块四分 之一波片的快、慢轴正交；检偏镜的偏振轴与起偏镜相互 垂直，呈现暗场。
四分之一波片 相位差相当于光程差λ／4（λ为波长），故称此薄
片为四分之一波片。
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五、光的干涉
相位差 2
光程差
u1 a1 sin( t 1) (a)
u2 a2 sin( t 2 ) (b)
u u1 u2 Asin( t ) (c)
A a12 a22 2a1a2 cos
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偏振轴
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通过偏振片后偏振光的振动方向称为偏振片的偏振轴 （光轴）
永久双折射
天然的各向异性晶体产生双折射现象，是其固有的特性， 故称为永久双折射。
人工双折射
有些各向同性的透明非晶体材料，在其自然状态时，不 会产生双折射现象，但当受有载荷作用时，它就同晶体一样， 呈现光学的各向异性，产生双折射现象，而且光轴方向与主 应力方向重合。 当载荷卸去后，双折射现象也即消失，这种 现象称为暂时（人工）双折射。
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1 2
tan1 a1 sin 1 a2 sin 2
当相位差
a1 cos1 a2 cos2
2m cos 1 Imax (a1 a2 )2
(2m 1) cos 1 Imin (a1 a2 )2
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相位差 明条纹 暗条纹
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白光
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由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种色光组成，它们 的波长，由红色到紫色，处在7600～4000的范围内。
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正交平面布置
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起偏镜与检偏镜的偏振轴互相垂直放置。如中间没有
放置试验模型或模型应力为零，则在检偏镜后观察到的光
场为暗场。
2 1
暗场
P2 M
P1
平行平面偏振布置
P2
P1
P1：起偏镜 P2：分析镜
两镜的偏振轴互相平行放置 ，如中间没有放置试验模型 或模型应力为零，则在检偏镜后观察到的光场为亮场。
当光沿晶体的某一特定方向入射时，不发生双折射现象， 这个特定方向称为晶体的光轴。
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二色性晶体
有一种特殊的各向异 性晶体叫二色性晶体。
这晶体对两束平面偏振光的吸收 能力差别很大，有一束被完全或 大部分吸收，这样，射出晶体的 即为单一的平面偏振光。
利用二色性晶体可制成一种光学元件，当自然光通过它 后即可得到平面偏振光，这就是偏振片。
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四、圆偏振光、四分之一波片
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u1 a1 sin t
(a)
u2 a2 sin( t ) (b)
= / 2
a a1 = a2 =
u12 u22 a 2
(c)
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圆偏振光
光路上任一点合成光矢量末端轨迹是一条螺旋线， 符合 此方程的偏振光称为圆偏振光。
平面偏振光：只在垂直于传播方向的某一个平面内振动的光波。
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三、双折射
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当光波入射到各向异性的 晶体如方解石、云母等时，一 般会分解为两束折射光，这种 现象称为双折射。
此两束光线在晶体内传播速度不同，其中一束遵守折射
定律，称为寻常光（以符号O表示）；
另一束不遵守折射定律，称为非寻常光，以符号e表示）。
单色光
由波长相同的光波组成的光， 称为单色光。
互补色 图中对顶角内的两色称为
互补色。
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第二节 光弹性实验装置
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一、光弹性仪的基本构造
S一光源 P一起偏镜
G一Q 隔—四热分玻之璃一波F片一滤O色－片模型L1
一准直透镜 A一检偏镜
L2一视场镜 C一照相机
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409_II型平面偏振光弹仪
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第八章 光弹性实验方法的基本原理
第一节 光学基本知识
一、光波
u a sin( t 0 )
当 0 ＝0时，有
u a sin t
u a sin 2 Vt
：波长，用埃（A ）来度量， 1 A ＝10 8cm
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二、自然光与平面偏振光
自然光：由无数个互不相干的波组成 ，波的振动方向可取任何可能的振 动方向。