光彈性實(shí)驗(yàn)中的光學(xué)基礎(chǔ)PPT課件

1、第二章 光彈性實(shí)驗(yàn)中的光學(xué)基 礎(chǔ)知識 1.光的本性 2.自然光和偏振光 3.白光和單色光 4.折射及雙折射 5.光波的疊加與干涉 6.光彈性儀器的光學(xué)元件 光學(xué)簡介 一、光學(xué)發(fā)展的概況一、光學(xué)發(fā)展的概況 人類感官接收到外部世界的總信息量中至少有人類感官接收到外部世界的總信息量中至少有9090以上通過眼睛以上通過眼睛; ; 光學(xué)是一門古老的學(xué)科，又是一門新興的年青學(xué)科光學(xué)是一門古老的學(xué)科，又是一門新興的年青學(xué)科; ; 激光器誕生后，光學(xué)開始了迅猛發(fā)展，成為科研前沿極為活躍的學(xué)科。激光器誕生后，光學(xué)開始了迅猛發(fā)展，成為科研前沿極為活躍的學(xué)科。 幾何光學(xué)中最基本的概念是光線，即光是由一束束的光線組成

2、。對于光的 本質(zhì)，雖有Newton的微粒說和Huygens的波動說，但都缺少實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 因而，盡管嘗試測量光的傳播速度，但無法從理論上說明光是如何傳播的。 即無法從理論上導(dǎo)出光速的概念。 墨經(jīng)，成書于公元前43世紀(jì)，其中已有對于小孔成象的描述，亦有 關(guān)于鏡面反射文字，其中已包含了光線及其沿直線傳播思想。但由于沒有 對光的本質(zhì)進(jìn)行深入的思考，里面并沒有物理學(xué)的思想。這是中國傳統(tǒng)文 化的一大缺憾。 光學(xué)，前32世紀(jì)，Euclid著，已指出光在平面上反射時(shí)，入射角等 于反射角。其后研究了光的折射等成像規(guī)律，并制成各種光學(xué)元件。 墨翟墨翟（公元前（公元前468468前前376376） 墨翟人們尊稱墨子

3、。他是戰(zhàn)國初年的魯國人，大約生于公元前墨翟人們尊稱墨子。他是戰(zhàn)國初年的魯國人，大約生于公元前468468年，死于年，死于 公元前公元前376376年。年。 墨子出身于下層，少年時(shí)代曾經(jīng)墨子出身于下層，少年時(shí)代曾經(jīng)“學(xué)儒者之業(yè)，受孔子之術(shù)學(xué)儒者之業(yè)，受孔子之術(shù)”，后來覺得，后來覺得 儒家的禮過于煩擾，妨礙生計(jì)，所以撇棄儒學(xué)，并進(jìn)而創(chuàng)立了墨家學(xué)說，成儒家的禮過于煩擾，妨礙生計(jì)，所以撇棄儒學(xué)，并進(jìn)而創(chuàng)立了墨家學(xué)說，成 了儒家的反對派。他有弟子三百人，結(jié)成有組織有紀(jì)律的墨家學(xué)派團(tuán)體。了儒家的反對派。他有弟子三百人，結(jié)成有組織有紀(jì)律的墨家學(xué)派團(tuán)體。 墨子和他的弟子流傳下來的著作只有墨子和他的弟子流傳下來

4、的著作只有墨子墨子一書。全書原有七十一篇，一書。全書原有七十一篇， 現(xiàn)存五十三篇。這本書主要包括數(shù)學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等方面，主要保存現(xiàn)存五十三篇。這本書主要包括數(shù)學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等方面，主要保存 在在墨經(jīng)墨經(jīng)中，中，墨經(jīng)墨經(jīng)是是墨子墨子的一部分。的一部分。 1 1在力學(xué)方面，墨家給在力學(xué)方面，墨家給“力力”下了符合科學(xué)的定義。下了符合科學(xué)的定義。 2 2在光學(xué)方面，墨家研究得更多。他們做了世界上最早的小孔成像實(shí)驗(yàn)。在光學(xué)方面，墨家研究得更多。他們做了世界上最早的小孔成像實(shí)驗(yàn)。 此外，墨家對飛鳥的影子、物體的本影和半影、凹面鏡和凸面鏡的成像現(xiàn)此外，墨家對飛鳥的影子、物體的本影和半影、凹面鏡

5、和凸面鏡的成像現(xiàn) 象等，也都作了許多研究。象等，也都作了許多研究。 歐幾里得歐幾里得(Euclid） 公元前公元前330330前前275275年。古希臘雅典人。柏拉圖年。古希臘雅典人。柏拉圖 的學(xué)生。他曾長期在亞歷山大里亞教書，并在的學(xué)生。他曾長期在亞歷山大里亞教書，并在 那里創(chuàng)辦過一所學(xué)校，建立了以他為首的數(shù)學(xué)那里創(chuàng)辦過一所學(xué)校，建立了以他為首的數(shù)學(xué) 學(xué)派。是古代最有名望的學(xué)者之一，是幾何學(xué)學(xué)派。是古代最有名望的學(xué)者之一，是幾何學(xué) 的鼻祖。的鼻祖。 公元前公元前300300年左右，他所著年左右，他所著幾何原本幾何原本1313卷，卷， 是世界上最早公理化的數(shù)學(xué)著作。他主張是世界上最早公理化的數(shù)

6、學(xué)著作。他主張光的光的 直線性觀點(diǎn)直線性觀點(diǎn)。對于人眼觀察物體的解釋，他認(rèn)。對于人眼觀察物體的解釋，他認(rèn) 為是由于人眼發(fā)出的光線遇到物體所致。為是由于人眼發(fā)出的光線遇到物體所致。 歐幾里得的著作較多，如歐幾里得的著作較多，如數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)、圖圖 形分割形分割、論數(shù)學(xué)的偽結(jié)論論數(shù)學(xué)的偽結(jié)論、光學(xué)之光學(xué)之 書書、反射光學(xué)之書反射光學(xué)之書等。等。 1672年，Newton分光實(shí)驗(yàn)，白光中包含不同顏色的光。 1678年，Huygens提出波動說。 1704年，Newton提出微粒說。 以上為幾何光學(xué)時(shí)期。在這一時(shí)期人們做了大量研究，試圖知 道光是什么。代表性的觀點(diǎn)有Newton的微粒說和Huygens的 波

7、動說。 Newton在1672年成功地進(jìn)行了分光實(shí)驗(yàn)，一束白光經(jīng)三棱鏡 折射后，不同顏色的光沿不同角度出射，形成彩色光帶。1704 年Newton在其光學(xué)一書中提出微粒說，人為光是由一個(gè)個(gè) 粒子組成的，每個(gè)粒子可看做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，遵守質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的規(guī)律。 而Huygens在1678年所出版的論光中提出了波動說。人為 光以波的形式存在和傳播，遵循波動的規(guī)律。微粒說和波動說都 能解釋幾何光學(xué)的一些現(xiàn)象，但由于缺少有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，都不 能徹底否定對方。 在這一時(shí)期，許多人試圖測量光速，事件排列如下： 1607年，伽利略（Galieo） 1676年，羅默（O.Romer），天文學(xué)方法,c=215,000km/

8、s 。 1849年，斐索（Fizeau），在實(shí)驗(yàn)室中，用齒輪法， c=315,000km/s 。 1851年，弗科（Foucault)，用旋轉(zhuǎn)棱鏡法，298,000 + 500km/s,且發(fā)現(xiàn)在水中光的傳播速度比真空（空氣）中低。 1801年，TYoung在光通過雙孔的實(shí)驗(yàn)中，首次觀察到了與水 波的干涉現(xiàn)象相似的光的干涉現(xiàn)象，光經(jīng)過雙孔后，由于干涉， 光能量在空間重新分布。這一實(shí)驗(yàn)稱為楊氏干涉。楊氏干涉明了 光的波動性。 五五 個(gè)個(gè) 時(shí)時(shí) 期期 一、萌芽時(shí)期一、萌芽時(shí)期 公元前公元前500500年年公元公元15001500年年 經(jīng)歷大約經(jīng)歷大約20002000年年 面鏡、眼鏡和幻燈等光學(xué)元件面

9、鏡、眼鏡和幻燈等光學(xué)元件 已相繼出現(xiàn)已相繼出現(xiàn) 二、幾何光學(xué)時(shí)期二、幾何光學(xué)時(shí)期 1500180015001800，大約，大約300300年年 1 1、建立了光的反射定律和折射定律，、建立了光的反射定律和折射定律， 奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ) 2 2、研制出了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡等光學(xué)儀器、研制出了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡等光學(xué)儀器 3 3、牛頓為代表的微粒說占據(jù)了統(tǒng)治地位、牛頓為代表的微粒說占據(jù)了統(tǒng)治地位 4 4、對折射定律的解釋是錯(cuò)誤的、對折射定律的解釋是錯(cuò)誤的 三、波動光學(xué)時(shí)期三、波動光學(xué)時(shí)期 1800190018001900，近，近100100年年 1 1、楊氏利用實(shí)驗(yàn)成功地解釋了光的干

10、涉象、楊氏利用實(shí)驗(yàn)成功地解釋了光的干涉象 2 2、惠更斯菲涅耳原理成功地解釋了光的衍射現(xiàn)象、惠更斯菲涅耳原理成功地解釋了光的衍射現(xiàn)象 3 3、菲涅耳公式成功地解釋了光的偏振現(xiàn)象、菲涅耳公式成功地解釋了光的偏振現(xiàn)象 4 4、麥克斯韋的電磁理論證明光是電磁波、麥克斯韋的電磁理論證明光是電磁波 5 5、傅科的實(shí)驗(yàn)證實(shí)光在水中傳播的速度小于在空氣中的傳播速度、傅科的實(shí)驗(yàn)證實(shí)光在水中傳播的速度小于在空氣中的傳播速度 6 6、波動光學(xué)的理論體系已經(jīng)形成，光的波動說戰(zhàn)勝了光的微粒說、波動光學(xué)的理論體系已經(jīng)形成，光的波動說戰(zhàn)勝了光的微粒說 四、量子光學(xué)時(shí)期四、量子光學(xué)時(shí)期 1900195019001950，近

11、，近5050年年 1 1、19001900年普朗克提出了量子假說，成功地解釋了年普朗克提出了量子假說，成功地解釋了 黑體輻射問題黑體輻射問題 2 2、愛因斯坦提出了光子假說，成功地解釋了、愛因斯坦提出了光子假說，成功地解釋了 光電效應(yīng)問題光電效應(yīng)問題 3 3、光的某些行為象經(jīng)典的、光的某些行為象經(jīng)典的“波動波動” 4 4、另一些行為卻象經(jīng)典的、另一些行為卻象經(jīng)典的“粒子粒子” 5 5、光是一種幾率波，又具有可分割性，光具有、光是一種幾率波，又具有可分割性，光具有 “波粒二象性波粒二象性” 五、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期五、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期 從從19501950年至今年至今 1 1、全息術(shù)、光學(xué)傳遞函數(shù)和激光的問

12、世、全息術(shù)、光學(xué)傳遞函數(shù)和激光的問世 是經(jīng)典光學(xué)向現(xiàn)代光學(xué)過渡的標(biāo)志是經(jīng)典光學(xué)向現(xiàn)代光學(xué)過渡的標(biāo)志 2 2、光學(xué)煥發(fā)了青春，以空前的規(guī)模和速度、光學(xué)煥發(fā)了青春，以空前的規(guī)模和速度 飛速發(fā)展飛速發(fā)展 1 1）智能光學(xué)儀器）智能光學(xué)儀器 2 2）全息術(shù)）全息術(shù) 3 3）光纖通信）光纖通信 4 4）光計(jì)算機(jī)）光計(jì)算機(jī) 5 5）激光光譜學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法）激光光譜學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法 光學(xué)在各個(gè)發(fā)展時(shí)期的成就 幾何光學(xué)時(shí)期：各種面鏡和透鏡組成的助視儀器。 波動光學(xué)時(shí)期：各種光學(xué)量具、光學(xué)開關(guān)。 全息光學(xué)：各種成像和信息手段。 量子光學(xué)：光電轉(zhuǎn)換裝置，激光。 2.1 光的本性 牛頓在17世紀(jì)提出光是直線傳播的微粒子的

13、學(xué)說，完滿地解釋了產(chǎn)生影 子等光學(xué)現(xiàn)象。隨著光學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展，微粒子學(xué)說無法解釋干涉衍射等光學(xué)現(xiàn) 象。于是惠更斯提出光的波動性學(xué)說，合理地解釋了干涉、偏振等光學(xué)現(xiàn)象。 繼而19世紀(jì)初麥克斯威爾進(jìn)一步指出光是電磁波，20世紀(jì)初以來又陸續(xù)發(fā) 現(xiàn)光電效應(yīng)，光壓效應(yīng)等光學(xué)現(xiàn)象。證明光是無數(shù)具有能量的微小“光子” 組成，普朗克提出量子力學(xué)的概念，認(rèn)為光是一種實(shí)體，它既有波動性，又 有粒子性(這種粒子與牛頓的粒子有本質(zhì)的區(qū)別)，具有波動、粒子的雙重性。 隨著歷史的發(fā)展，人們對光的本質(zhì)的認(rèn)識有一個(gè)過程，到現(xiàn)階段，認(rèn)為光既 有波動性又具有粒子性，這就是近年由德布羅意(de Broglie)、薛定諤 (Erwin

14、Schrdinger)和海森伯(Werner Karl Heisenberg)提出的量子理 論，它是微粒理論和波動理論的綜合。 麥克斯威爾的電磁理論證明光波是電磁波的一種，電磁波中的電矢量的性質(zhì)和光波完全一樣，故稱電矢量為 光矢量。 光彈實(shí)驗(yàn)的光學(xué)理論是建立在惠更斯波 動學(xué)的基礎(chǔ)上，用橫波的學(xué)說來解釋既有偏振 又有干涉的現(xiàn)象，橫波最簡單的現(xiàn)象就如石子 投入平靜的水中，引起水面波動的形態(tài)。它的 特點(diǎn)是光波傳播方向和振動方向是互相垂直的， 因而可以用正弦波(或余弦波)的表達(dá)式來描述。 光波中產(chǎn)生光感作用的是電場強(qiáng)度，把電場強(qiáng)度稱為光的矢量。通常用圖表示光波時(shí)，只畫出電場的矢量。 一列以速度 向方向

15、 傳播的光波，可用正弦曲線來描述，如圖所示。 v z 一列光波中，兩相鄰的頂點(diǎn)(波峰A或波谷B)的距離稱為波長，通常用 表示。 光矢量每秒振動的次數(shù)稱為頻率，通常用 表示。若用 秒作為時(shí)間單位，得到 稱為圓頻率。頻率的倒數(shù)稱為周期，用 表示 即光矢量每振動一次所需的時(shí)間。 f2 22 2 / v f v T 1 T f 波列每一點(diǎn)的光矢量都在自己的平衡位置往復(fù)變化，光矢量達(dá)到的最大值叫做振幅，用 表示。 同一波列的光矢量都作周期的變化，對波列上任選一點(diǎn)，光矢量只在 到 的范圍內(nèi)往復(fù)地變化著，用數(shù) 學(xué)式表示，則為 式中 為這個(gè)振動點(diǎn)的相位，就是光的振動方程。利用這個(gè)振動方程可以算出該點(diǎn)在任何時(shí)刻

16、光矢量的 大小。 a a a 2 sin()sin()Eatavtz 2 z Z1點(diǎn)的振動方程為 Z2點(diǎn)的振動方程為 相位差為 光程差為 光程差與相位差的關(guān)系 11 2 sin()Eavtz 22 2 sin()Eavtz 2121 222 ()()()vtzvtzzz 21 zz 2 2.2 自然光和偏振光自然光和偏振光 光在垂直于光波傳播方向的平面內(nèi)做任何方向的振動，而且是均勻?qū)ΨQ的， 這樣的光波叫自然光。 偏振光是自然光經(jīng)過反射、折射等改造作用后成為在垂直于光波傳播方向 的平面內(nèi)只作某一固定方向的振動(或在某一瞬間作某一固定方向的振動) 的光波。 光的偏振的含義光的偏振的含義 光波振動方

17、向的不全面和振幅光波振動方向的不全面和振幅 不均等的現(xiàn)象稱為光的偏振現(xiàn)象不均等的現(xiàn)象稱為光的偏振現(xiàn)象 當(dāng)光通過偏振片時(shí)，除了沿著偏振片偏振軸方向的光波通過以外，其他的光波都被濾掉了，這樣可以得到平 面偏振光或線偏振光。 偏振光后再增加一偏振片，兩個(gè)偏振片偏振軸相互垂直，則這束偏振光不能通過第二片偏振片，即為“暗 場”。 如果第二片偏振片旋轉(zhuǎn)到任意角度，那么只有與之偏振軸平行的波矢分量才能通過。 自然光與偏振光的差異 共同點(diǎn)：在傳播過程中都是橫波； 差異：自然光雖然可以用取向任意（方向不同）、振幅相同、相互垂直的兩束光波來表示，但它們的相位 關(guān)系是瞬息萬變、紊亂無章的（相位不同）。所以絕對不可能

18、把這兩束光波合成一個(gè)穩(wěn)定的、任何狀態(tài)的 偏振光。因此，自然光不能用來作相干光源，也不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象。 2.2 白光和單色光白光和單色光 通常太陽光、白熾燈所發(fā)的是白光，是由各種可見光同時(shí)作用所產(chǎn)生的，也即是所有顏色的混合結(jié)果。白光 是紅、橙，黃、綠、青、蘭、紫七種顏色的光波按一定強(qiáng)度比例混合起來的，人們感覺到不同的顏色正是不 同波長的光矢量在眼睛的視網(wǎng)膜上所引起的不同反映，人們眼睛所能感覺的光波稱為可見光，可見光的波長 變化范圍從3900(紫色)到7700 (紅色)。為波長單位，1 1x mm=0.1nm。 7 10 電磁波譜與可見光范圍電磁波譜與可見光范圍 nm760390 14 3.97

19、.710H z 各種 色視 覺對 應(yīng)的 波長 和頻 率范 圍： 色色 視視 覺覺頻率頻率 /Hz/Hz真空中波長真空中波長 /nm/nm 紅紅(3.94.8)1014760630 橙橙(4.85.0)1014630600 黃黃(5.05.3)1014600570 綠綠(5.36.0)1014570500 青青(6.06.7)1014500450 藍(lán)藍(lán)(6.77.0)1014450430 紫紫(7.07.7)1014430390 白光有一個(gè)重要特點(diǎn)，白光中的七種顏色，對頂?shù)亩Q為互補(bǔ)色，如圖 所示， 其性質(zhì)之一：若互補(bǔ)二色相加，假如濃度相當(dāng)，則混合成白色；如紅與綠 混合成白色。 其性質(zhì)之二：若

20、互補(bǔ)二色中如有一色消失，則代替它而呈現(xiàn)的是另一互補(bǔ) 色；如白光中 紅色消失即呈現(xiàn)綠色。該性質(zhì) 稱為白光互補(bǔ)性質(zhì)，在光彈實(shí) 驗(yàn)中有重要應(yīng)用； 其性質(zhì)三：相鄰兩色混和結(jié)果 是介于該二色之間的一種顏色。 如紫橙混和就是紅色。 顏色與色光的區(qū)別 色光是指由光波頻率、波長所決定的光的顏色，如：紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫、七色。客觀存在 顏色是指對七色光的吸收和反射的結(jié)果給人的視覺產(chǎn)生的效果。不能吸收或吸收較小，或反射的色光即為 顏色，如紅花就是吸收綠的色光反射紅的色光給人的視覺產(chǎn)生紅色的效果。主觀因素 兩者的區(qū)別還表現(xiàn)在： 1兩者組合的效果不同。如七色光組合成白光，而七顏色組合成黑色； 2色光是由波長決

21、定，固定不變的。而顏色是不固定的，只是對不同光波有固定的吸收和反射的光學(xué)特征。 如在紅光下綠色呈黑色。 僅有一種波長或頻率的光稱為單色光。實(shí)質(zhì)上，單色光是一種波長范圍很小的光波，波長范圍越小，單 色性就越好。凡是發(fā)射單色光的光源，稱單色光源。光彈性實(shí)驗(yàn)中常用的光源有三種；白熾燈、水銀燈和鈉 光燈。水銀燈光通過濾色片可得到波長為5461 的單色綠光。鈉光燈產(chǎn)生的是波長為5893 的單色黃光。 近代的激光器可以獲得單色性非常好的單色光。例如氮氖氣體激光器所產(chǎn)生的激光是波長為6328 的 單色紅光。激光器的發(fā)展為光彈性實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的發(fā)展提供了新的條件。 2.4 折射及雙折射 光射入光學(xué)各向同性

22、非晶體中，發(fā)生折射，但不改變光的振動 性質(zhì)。光在各向同性體中向任何方向振動時(shí)，光的傳播速度是 不變的，而且只有一個(gè)折射率。自然光透過各向同性非晶體保 持任意的橫振動方向，不發(fā)生偏振現(xiàn)象。 自然光進(jìn)入各向異性晶體后，它原有的各方向振動合并在兩個(gè) 互相垂直的兩個(gè)方向上。同時(shí)，這兩種振動分別以不同速度透 過物體，成為兩條互相垂直的平面偏振光。 由雙折射分出的這兩條速度不同的平面偏振光，其中只有一條遵守折射定律，稱為尋常光，另一條不符合此 定律的稱為非尋常光。尋常光的折射率與光的傳播方向無關(guān)，是個(gè)常數(shù)；非尋常光的折射率隨在晶體傳播 的方向不同而不同。 光彈性的物理基礎(chǔ)雙折射 某些非晶體透明材料，如聚碳

23、酸酯、環(huán)氧樹脂等工程塑料，在一般情況下是光學(xué)各向同性體，但是當(dāng)它 受到應(yīng)力作用變?yōu)楣鈱W(xué)各向異性體時(shí)，會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。即光彈性模型在荷載作用下會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象， 荷載去除后，雙折射性質(zhì)即消失，這種與應(yīng)力（應(yīng)變）有關(guān)的雙折射現(xiàn)象稱為人工或暫時(shí)雙折射。它是光 彈性的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 光彈性的精髓：雙折射 光通過各向異性體產(chǎn)生光程差： =h(n1-n2) h為各向異性體的厚度，n1和n2分別為光波沿該各向異性體主軸方向上傳 播的折射率； 偏振光通過模型的相位差 2.5 光波的疊加與干涉 兩列或幾列光波在空間某處相遇，相遇處的振動狀態(tài)由這數(shù)列波的波動方 程共同決定，這個(gè)現(xiàn)象稱為光波的疊加。 人眼對于光的明暗

24、感覺決定于光強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)指出，光強(qiáng)是由光波的振幅決定 的，它與振幅的平方成正比，由此可見合成光的光強(qiáng)與兩光的位相差有關(guān)。 現(xiàn)討論兩種特殊情況： 1當(dāng)兩光波的波峰相遇，合成光波的振幅最大，這時(shí)光強(qiáng)最強(qiáng)。 2當(dāng)一光波的波峰與另一光波的波谷相遇，合成光波的振幅抵消，光強(qiáng)減 小。若兩光波位相相等，則振幅為零，即黑暗無光。 光的干涉光的干涉 豐富多彩的干涉現(xiàn)象豐富多彩的干涉現(xiàn)象 水膜在白光下水膜在白光下白光下的肥皂膜白光下的肥皂膜 蟬翅在陽光下蟬翅在陽光下蜻蜓翅膀在陽光下蜻蜓翅膀在陽光下 白光下的油膜白光下的油膜肥皂泡玩過嗎肥皂泡玩過嗎? 等傾條紋等傾條紋牛頓環(huán)牛頓環(huán)( (等厚條紋等厚條紋) ) 測油膜厚度

25、測油膜厚度平晶間空氣隙干涉條紋平晶間空氣隙干涉條紋 托馬斯托馬斯楊楊(Thomax Young) 英國醫(yī)生兼物理學(xué)家，光的波動說的奠基人之一。英國醫(yī)生兼物理學(xué)家，光的波動說的奠基人之一。 1773年年6月月13日生于薩默塞特郡的米菲爾頓日生于薩默塞特郡的米菲爾頓,1829年年 5月月10日楊氏在倫敦逝世。他從小就有神童之稱，日楊氏在倫敦逝世。他從小就有神童之稱， 興趣十分廣泛。后來進(jìn)入倫敦的圣巴塞羅繆醫(yī)學(xué)院興趣十分廣泛。后來進(jìn)入倫敦的圣巴塞羅繆醫(yī)學(xué)院 學(xué)醫(yī)，學(xué)醫(yī)，21歲時(shí)，即以他的第一篇醫(yī)學(xué)論文成為英國歲時(shí)，即以他的第一篇醫(yī)學(xué)論文成為英國 皇家學(xué)會會員。為了進(jìn)一步深造，他到愛丁堡和劍皇家學(xué)會會

26、員。為了進(jìn)一步深造，他到愛丁堡和劍 橋繼續(xù)學(xué)習(xí)，后來又到德國哥廷根去留學(xué)。在那里，橋繼續(xù)學(xué)習(xí)，后來又到德國哥廷根去留學(xué)。在那里， 他受到一些德國自然哲學(xué)家的影響，開始懷疑起光他受到一些德國自然哲學(xué)家的影響，開始懷疑起光 的微粒說。的微粒說。1801年進(jìn)行了著名的楊氏干涉實(shí)驗(yàn)，為年進(jìn)行了著名的楊氏干涉實(shí)驗(yàn)，為 光的波動說的復(fù)興奠定了基礎(chǔ)。光的波動說的復(fù)興奠定了基礎(chǔ)。在1801年首先發(fā) 現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象，并首次測量了光波的波長。 2. 強(qiáng)度分布強(qiáng)度分布 確定相干光束確定相干光束 計(jì)算光程差計(jì)算光程差 根據(jù)相長根據(jù)相長 相消條件確定坐標(biāo)相消條件確定坐標(biāo) 步驟步驟 S 2 1 S S 相遇區(qū)相遇區(qū) 觀察

27、屏觀察屏 P P 1 r 2 r 1. 裝置裝置 ( ( 點(diǎn)源點(diǎn)源 分波面分波面 相遇相遇) ) 兩束或以上的光在空間相遇，它們的振動效應(yīng)為各列光波相應(yīng)位置上振動的疊加，產(chǎn)生增強(qiáng)和減弱的效果， 光強(qiáng)從而產(chǎn)生明暗變化的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為光的干涉； 例子楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)滿足3個(gè)條件是： 1.頻率相同； 2.振動方向一致； 3.相位差恒定。 2.6 光彈性儀器的光學(xué)元件 409II型光測彈性儀 從單軸晶體上，平行于光軸切下的薄片，稱為波片。波片的作用可以簡單概括為：它使透射出來的振動方向 為互相垂直的兩束偏振光，彼此間產(chǎn)生光程差 ，或位相差 。 由上節(jié)公式 可知，光程差隨波片 厚度而變，采用一定厚度

28、的波片，使產(chǎn)生 四分之一波長的光程差時(shí)，此波片稱為四 分之一波片。四分之一波片是產(chǎn)生圓偏振 光的元件，是光彈性儀必備的元件之一。 12 ()h nn 四分之一波片在晶體內(nèi)有兩個(gè)互相正交的軸，一個(gè)稱為快軸，另一個(gè)為慢軸。對云母制的四分之一波片，快 軸是非尋常光的振動方向，慢軸是尋常光的振動方向。 光彈性儀器上主要有兩個(gè)偏振片P和A由工廠生產(chǎn)時(shí)已確定了偏 振軸的方向，并已標(biāo)明。P使自然光變成平面偏振光，稱為起偏 鏡。A是使兩束相互垂直方向的振動且具有固定光程差的相干光 波，合成在偏振軸的平面上，即產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，以便人們分析這 些干涉現(xiàn)象，得到量測數(shù)據(jù)，故A稱為檢偏鏡或分析鏡。 當(dāng)PA時(shí)，自然光通過

29、P后形成平面偏振光，并能通過A，這時(shí) 可以看到明亮的光為稱平行平面偏振場或稱明場。 當(dāng)P A時(shí)，情況相反。平面偏振光不能通過A，不能看到光亮， 稱為正交平面偏振場或稱暗場。 為了工作的方便和提高量測精度的需要，在P、A之間加入二個(gè) 四分之一波片，得到圓偏振光。調(diào)整第一個(gè)四分之一波片的快軸 (或是慢軸)與P偏振軸成45角。 P平面偏振光通過四分之一波片后就形成兩束前后光程差為 的 垂直方向振動的平面偏振光。其合成為圓偏振光。為了消除由于 加上四分之一波片，人為地附加上去 光程差，必須在到達(dá)A分 析鏡之前再加一個(gè)四分之一波片，使其快軸方向與前一個(gè)四分之 一快軸方向相互垂直。這樣在四分之一波片之間形

30、成了圓偏振場， 而且在到達(dá)分析鏡之前已經(jīng)消除了四分之一波片的影響。 1 4 1 4 409II型光測彈性儀 主要功能及應(yīng)用范圍：是大型的進(jìn)行光彈性試驗(yàn)的儀器，在儀器上可以進(jìn)行平面受力模型和三向凍結(jié)模型 切片的光彈性試驗(yàn)，它應(yīng)用平面偏振光或圓偏振光照射處于應(yīng)力狀態(tài)下的透明塑料模型即可獲得清晰的光 應(yīng)力圖案，通過對光應(yīng)力圖案的分析，可以求得受力模型上任意點(diǎn)的主應(yīng)力大小和方向。 歐幾里得歐幾里得(Euclid） 公元前公元前330330前前275275年。古希臘雅典人。柏拉圖年。古希臘雅典人。柏拉圖 的學(xué)生。他曾長期在亞歷山大里亞教書，并在的學(xué)生。他曾長期在亞歷山大里亞教書，并在 那里創(chuàng)辦過一所學(xué)校，建立了以他為首的數(shù)學(xué)那里創(chuàng)辦過一所學(xué)校，建立了以他為首的數(shù)學(xué) 學(xué)派。是古代最有名望的學(xué)者之一，是幾何學(xué)學(xué)派。是古代最有名望的學(xué)者之一，是幾何學(xué) 的鼻祖。的鼻祖。 公元前公元前300300年左右，他所著年左右，他所著幾何原本幾何原本1313卷，卷， 是世界上最早公理化的數(shù)學(xué)著作。他主張是世界上最早公理化的數(shù)學(xué)著作。他主張光的光的 直線性觀點(diǎn)直線性觀點(diǎn)。對于人眼觀察物體的解釋，他認(rèn)。對于人眼觀察物體的解釋，他認(rèn) 為是由于人眼發(fā)出的光線遇到物體所致。為是由于人眼發(fā)出的光線遇到物體所致。