光彈性實驗方基本原理ppt課件

1、第第3章章 光彈性實驗方法的基本原光彈性實驗方法的基本原理理3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識3.2 3.2 光彈性實驗裝置光彈性實驗裝置3.3 3.3 平面應(yīng)力平面應(yīng)力光學(xué)定律光學(xué)定律3.4 3.4 平面偏振布置中的光彈效應(yīng)平面偏振布置中的光彈效應(yīng)3.5 3.5 圓偏振布置中的光彈效應(yīng)圓偏振布置中的光彈效應(yīng)3.1 光學(xué)基本知識一、光波一、光波第第3 3章章 光彈性實驗方法的基本原理光彈性實驗方法的基本原理二、自然光和偏振光二、自然光和偏振光四、雙折射四、雙折射五、偏振片和五、偏振片和1/4波片波片三、光的干涉現(xiàn)象三、光的干涉現(xiàn)象一、光波一、光波)sin(0tau)2sin(0fta)2

2、sin(0tva0tuaafv振幅振幅圓頻率圓頻率頻率頻率速度速度波長波長3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識橫波橫波一、光波一、光波0tua3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識白光是紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種可見光的混合?？梢姽獾陌坠馐羌t、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種可見光的混合?？梢姽獾牟ㄩL在波長在400400800nm800nm內(nèi)變化。光彈性實驗常用光源有白光，汞光和鈉內(nèi)變化。光彈性實驗常用光源有白光，汞光和鈉光等光等二、自然光和偏振光二、自然光和偏振光)sin(11tau)sin(22tau2212122222121sincos2aauuauau平面偏振光平面偏振光平面偏振光

3、平面偏振光圓偏振光圓偏振光橢圓偏振光橢圓偏振光3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識三、光的干涉現(xiàn)象三、光的干涉現(xiàn)象3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識波列波列1波列波列2合成合成兩束或多束光產(chǎn)生干涉的條件：頻率相同(由同一光源發(fā)出)振動方向一致位相差恒定 2四、雙折射四、雙折射3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識入射光折射光反射光各向同性介質(zhì)中各向異性介質(zhì)中這兩束光都是平面的偏振光這兩束光都是平面的偏振光雙折射雙折射四、雙折射四、雙折射3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識oeoe一束光遵循折射定律，叫尋常光一束光遵循折射定律，叫尋常光o光）光）另一束光不遵循折律，為非常光另一束

4、光不遵循折律，為非常光e光）光）o光的傳播速度在各個方向上都相同，光的傳播速度在各個方向上都相同，e光的傳播速度則隨傳播方向的變化而變化光的傳播速度則隨傳播方向的變化而變化兩束光的光矢量的振動方向相垂直兩束光的光矢量的振動方向相垂直晶體中有的方向不發(fā)生雙折射，即當(dāng)一束光沿此方向射入晶體時，射出的光束仍為一束晶體中有的方向不發(fā)生雙折射，即當(dāng)一束光沿此方向射入晶體時，射出的光束仍為一束光，此方向稱為光軸光，此方向稱為光軸只有一個光軸的晶體稱為單晶體方解石，石英），有兩個光軸的晶體稱為雙晶體云母）只有一個光軸的晶體稱為單晶體方解石，石英），有兩個光軸的晶體稱為雙晶體云母）四、雙折射四、雙折射光軸光軸

5、eo3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識四、雙折射四、雙折射3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識 有些各向同性的非晶體材料，例如環(huán)氧樹脂、有機玻璃、聚碳有些各向同性的非晶體材料，例如環(huán)氧樹脂、有機玻璃、聚碳酸酯等，雖然在自然狀態(tài)下不會產(chǎn)生雙折射，但是當(dāng)其受到載荷作酸酯等，雖然在自然狀態(tài)下不會產(chǎn)生雙折射，但是當(dāng)其受到載荷作用而產(chǎn)生應(yīng)力時，就會象晶體一樣表現(xiàn)出光學(xué)各向異性，產(chǎn)生雙折用而產(chǎn)生應(yīng)力時，就會象晶體一樣表現(xiàn)出光學(xué)各向異性，產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。去掉載荷后，雙折射現(xiàn)象隨即消失，這種現(xiàn)象稱為暫時雙射現(xiàn)象。去掉載荷后，雙折射現(xiàn)象隨即消失，這種現(xiàn)象稱為暫時雙折射或人工雙折射。光彈性方法就是利用了

6、這種暫時雙折射效應(yīng)。折射或人工雙折射。光彈性方法就是利用了這種暫時雙折射效應(yīng)。 五、偏振片和五、偏振片和1/4波片波片xyz偏振片偏振片o光光e光光z1/4波片波片y2212122222121sincos2aauuauau3.1 3.1 光學(xué)基本知識光學(xué)基本知識3.2 3.2 光彈性實驗裝置光彈性實驗裝置第第3 3章章 光彈性方法的基本原理光彈性方法的基本原理LL1L2P1P2Q1Q2ML3SL光源L1 準(zhǔn)直鏡L2 準(zhǔn)直鏡P1 起偏鏡P2 檢偏鏡Q11/4波片Q2 1/4波片M 模型L3 成像系統(tǒng)S 像3.2 3.2 光彈性實驗裝置光彈性實驗裝置LL1L2P1P2Q1Q2ML3S光彈性儀的維護(hù)

7、光彈性儀的維護(hù)1.各透鏡表面鍍有增透膜，不得用手摸或擦拭各透鏡表面鍍有增透膜，不得用手摸或擦拭2. Q1 、 Q2表面只可用汽油擦拭表面只可用汽油擦拭3. L1、 L2 、 P1 、 P2可用酒精或乙醚擦拭可用酒精或乙醚擦拭4. 防霉、防潮、防塵防霉、防潮、防塵3.2 3.2 光彈性實驗裝置光彈性實驗裝置3.3 平面應(yīng)力平面應(yīng)力光學(xué)定律光學(xué)定律n1 1方向折射率方向折射率12022101BAnnBAnnn2 2方向折射率方向折射率n0 無應(yīng)力時的折射率無應(yīng)力時的折射率A、B絕對應(yīng)力光學(xué)系數(shù)絕對應(yīng)力光學(xué)系數(shù)12一束平面偏振光通過平面受力模型一束平面偏振光通過平面受力模型內(nèi)任一點時，它將會沿主應(yīng)力

8、方向內(nèi)任一點時，它將會沿主應(yīng)力方向分解為兩束振動方向互相垂直的平分解為兩束振動方向互相垂直的平面偏振光。面偏振光。兩束偏振光在模型中具有不同的傳兩束偏振光在模型中具有不同的傳播速度，其折射率的改變與主應(yīng)力播速度，其折射率的改變與主應(yīng)力大小成線性關(guān)系，可表示為大小成線性關(guān)系，可表示為1212022101BAnnBAnn光波速度：1方向v12方向v2時間：11vht 22vht 212121vvvvhvhvhvttv)()(21nnh)(2121Cnn材料的應(yīng)力光學(xué)系數(shù) 3.3 3.3 平面應(yīng)力平面應(yīng)力光學(xué)定律光學(xué)定律CAB12)(21nnh)(2121Cnn)(21Ch平面應(yīng)力光學(xué)定律平面應(yīng)力光

9、學(xué)定律3.3 3.3 平面應(yīng)力平面應(yīng)力光學(xué)定律光學(xué)定律3.4 平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)第第3 3章章 光彈性方法的基本原理光彈性方法的基本原理起偏鏡 檢偏鏡 模型 光源 12 LL1L2P1P2Q1Q2ML3S3.4 3.4 平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)PAPA暗場明場AP12AP12utausin起偏鏡入模型1u2usinsincossintautau21（光程差，相位差出模型2sinsincos)sin(tautau21過檢偏鏡)cos(sinsincossin222213tauuu3.4 3.4 平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)平面偏振布置中

10、的光彈性效應(yīng)AP12u1u2u22222)sinsin()sinsin(akakI形成干涉條紋02sin0I20 ,等傾線3.4 3.4 平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)四、平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)四、平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)AP12u1u2u22222)sinsin()sinsin(akakI0sin0IN等差線N條紋級數(shù)四、平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)四、平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)AP12u1u2uN)(21ChhNfhNC21材料應(yīng)力條紋值，與材料、光源有關(guān)3.4 3.4 平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)3.4 3.4 平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)

11、平面偏振布置中的光彈性效應(yīng)3.4 圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)第第3 3章章 光彈性方法的基本原理光彈性方法的基本原理LL1L2P1P2Q1Q2ML3S光源 起偏鏡 檢偏鏡 1/4波片 1/4波片 模型 12 SFSF 45 45 45 45 PAxyPQ1AQ2AP12451Q2Q3.4 3.4 圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)tausin起偏鏡到1/4波片454521sinsincossintautau出1/4波片tautausin)sin(2222221AP12Q145u1u2u到模型)sin(cossin)cos(sincostauuutauuu22

12、222121213.4 3.4 圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)到1/4波片出模型AP1245u1u2u)sin(cossin)cos(sincostauuutauuu22222121212)sin()cos(tautau222221cos)sin(sin)cos(sin)sin(cos)cos(ttauttau222243Q23u4u3.4 3.4 圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)出1/4波片AP1245u1u2ucos)sin(sin)cos(sin)sin(cos)cos(ttauttau222243cos)cos(sin)sin(sin)sin(cos)cos(ttauttau222243Q23u4u3.4 3.4 圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)經(jīng)過檢偏鏡后AP1245u3u4ucos)cos(sin)sin(sin)sin(cos)cos(ttauttau22224345)cos(sincos)(2224543tauuu3.4 3.4 圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)圓偏振布置中的光彈性效應(yīng)AP1245u)cos(sincos)(2224543tauuu222)sin()sin(aKaKI當(dāng)：0I0sinN210 ,N等差線NCh213.4 3.