实验4 1光弹性效应

1、4-1 光弹性效应 2014.10.23 实验目的 ? 利用光弹仪分析部件受到外力时其内应力的分布情况已有多年历史，全息光弹法是其新发展。本实验通过两次曝光法和一次曝光法的操作，了解全息干涉原理在内应力分布中的应用。 基本原理及实验内容 （一）光弹性效应 某些晶体在自然状态下即有双折射性质，称自然双折射。另有一些光学介质，它们在自然状态下是各向同性的，没有双折射性质。但当受到机械力作用时，将成为光学各向异性，出现双折射现象。这种双折射是赞时的，应力解除后即消失，称之为光弹性效应。并非所有物质都有光暂时的，应力解除后即消失，称之为光弹性效应。并非所有物质都有光弹性效应，我们把具有明显光弹性效应的

2、物质，如环氧树脂、玻璃、塞璐珞等称光敏物质；将光弹性效应微弱的物质，如有机玻璃等称非光敏物质。 光弹性效应为人们提供了研究机械零件、建筑构件等物体内部应力的方法。用光敏物质做成与待分析部件相似的模型，按部件实际受力情况对模型施加应力。模型的各受力点产生相应的双折射，即o光与e光折射率no与ne不同，各点折射率差与该点内应力成正比，即 no -ne = k 式中k 为常数。把模型放在透振方向正交的起偏镜、检偏镜之间，用单色面光源照明，即可看到模型中有分布条纹，条纹密处是应力较大的部位，条纹疏处是应力较小的部位。这样就可以利用条纹分布情况分析部件受到外力时其内应力的分布。利用以上原理制成的仪器称光

3、弹仪，它应用于科研、生产中已有半个世纪的历史。 基本原理及实验内容 （二）全息光弹法 激光的问世为光弹分析提供了有力的工具，发展了利用全息干涉原理研究光弹性效应的技术，称全息光弹法。本实验将通过两次曝光法和一次曝光法的操作，向同学们介绍全息光弹法。两次曝光法光路如图 基本原理及实验内容 在一个全息照相用的防震台上，让激光束经分束镜分为两束。一束经扩束镜、准光镜成为平行光，再通过偏振片和四分之一波片成为圆偏振光，经毛玻璃散射后照射待测模型，透过模型投射于全息干板上，这是物光：另一光束经另一套扩束镜、准光镜、偏振片和四分之一波片，成为一束圆偏振光的平行光束，直接投射于全息干板上。物光与参考光需同是

4、左旋（或同是右旋）的圆偏振光。在模型未加外力时，让物光与参考光同时投射到全息干板上作第一次曝光，记录一次全息条纹；然后给模型加上适当应力，再作第二次曝光。经两次曝光记录了两套干涉条纹的全息干板显影定影后，成为全息图。放回拍摄的位置，撤去模型，遮掉物光，以参考光束照明全息图。迎着原物光方向观看，可看到原模型位置有一个模型的立体虚象，通过望远镜可看到模型虚像中有明暗相间的干涉条纹。以 表示模型受力最大方向的应力， 表示受力最小方向的应力，称 与 为主应力。由于沿一个干涉条纹各点有相同的主应力和（ + ），称此条纹为等和线。二次曝光法适用于用非光敏物质如有机玻璃所做的模型，用于观察等和线。 基本原理

5、及实验内容 （三）等和线和等差线 取非光敏物质做成模型，经过曝光后，得到光强为： 2 I?1?2cos( 2?)cos(?c)?cos (?c) 两次曝光时，为等和线，上式变为 I=2+2cos(2) 当=0，1， 2， 3时，I=4,相应的点成为亮条纹。 当= 1/2，3/2， 5/2时，I=0,相应的点成为暗条纹。 一次曝光时，为等差线，上式变为： I=1/2+cos2(C) 当C=0，1， 2， 3时，I=3/2,相应的点成为亮条纹。 当C= 1/2，3/2， 5/2时，I=1/2,相应的点成为暗条纹。 实验装置 ?防震台 氦氖激光器 分束镜 准光镜 扩束镜 偏振片 四分之一波片 压力架

6、 望远镜等 拟定方案 1、按图4-1-1安排光路，要求参考光和物光都是左旋（或都是右旋）圆偏振光的平行光束，光程相等。 2、用硒光电池、电流计测量两光束光强比，参考光与物光光强比以5 ：1 为好，在3：17：1范围内均可。 3、在压力架上放环氧树脂模型，加45公斤压力（压力表大针转一圈半）。遮住激光束，在黑暗条件下放好全息干板。曝光60秒，显影、定影，用吹风机凉风吹干，得一次曝光全息图。 4、换有机玻璃圆环模型，在无压力时作第一次曝光，曝光30秒；然后加45公斤压力，再曝光30秒，得两次曝光全息图。 5、将全息图放回干板架，撤去模型，用参考光照明，观察圆环立体虚象，通过望远镜可看到圆环虚象内有明暗相间的干涉条纹。由二次曝光全息图可看到等和线；由一次曝光全息图可看到等差线。 实验的问题 ? 实验中圆偏振光的作用 ? 全息