光的双折射实验报告

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篇一：光弹实验报告

光弹应力测试实验

一．实验原理：

1、暂时双折射：有些

各向同性的透明非晶体材

料在自然状态时不会产生

双折射，但是当其受到载荷

作用而有应力时，产生双折

射现象，当载荷卸去时，双

折射现象也消失，这种现象称为暂时双折射，也称为光弹性效应。光弹实验正是应用这种暂时双折射现象。

2、当一束平面偏振光ep垂直入射平面应力模型时，光波将沿模型上入射点的两个主应力?1、?2方向分解成两列平面偏振光。这两束光在模型内的传播速度不同，所以通过模

型后就产生光程差R。光程差R与该点的主应力差

R=cd??-1-?2?和模型厚度d呈正比，即或相位差?12 为?=2?

1-?2?，式中，c为模型材料的相对应力光学常数。由此表明：平面偏振光沿模型上任一点两主应力方向分解的两平面偏振光，在透过模型之后产生的相对光程差或者相对相对位相差与该点的主应力差和模型厚度呈正比。这称为平面应力——光学定律。

这样，把一个求主应力差的问题转变为一个求光程差或者位相差的问题。利用光弹性仪来测定光程差的大小然后根据应力——光学公式确定主应力差值，这就是光弹实验的理论基础。实验原理图如下：

二.实验过程

1.打开激光器，激光束打到分光镜有膜一面（中间的一块）；

2.在模型后20cm左右位置放置白屏，记录位置；

3.调节反光镜，使物光光束透过模型中心，打到白屏上，调节参考光光路反光镜，使参考光光点和物光光点重合；

4.测量两路光程，要做到差距在1cm之内；

5.加上准直镜，为保证激光束垂直通过其光心，调节其位置，使白屏上光点重合，并且使反射光沿原路返回；

6.加扩束镜，撤掉白屏，这时候在墙壁上可以发现一个

亮斑。保证其亮斑中心与未加扩束镜时的亮斑中心重合，然后移动扩束镜，使其亮斑大小与准直镜通光孔径大致相同，并且亮斑均匀；

7.加偏振片

?=4?L，I型透射光反射了4m次，II型反射了4m+2次，如果相邻两束光的光程差满足

4L=K?（公式8）

其中K为整数，则透射光束相干叠加产生干涉极大。当入射光的波长变为?时，只要共焦腔的腔长变为L，使4L=K?，则?的透射光束产生干涉极大。

光通过干涉仪后用光电二极管接受，经放大接到示波器的Y轴上，锯齿波电压加在示波器x轴上，观察激光模谱。透过干涉仪的激光频率满足

?=

c

?

?

Kc

（公式9）4L

因为L在设计腔长L0附近作极微小的变化，即

L=L0??L（公式10）

其中?L=0~?应被满足，将（1-10）式代入（1-9）式，展开并取一级近似得到

?=

将（1-11）移项，得到

Kc?L

(1?).（公式11）4L0L0

??=??

cKcK

L.（公式12）2

4L04L0

上式说明?的变化与腔长的变化量成正比，即与加在压电陶瓷环上的电压成正比。（2）干涉仪的自由光谱区满足K

?1

4

=L1时，?1通过，当镜间距离的变化量?L=

?1

4

，即Li=L1?

?1