第一章 光弹性的基本原理精选文档.ppt
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1、第一章 光弹性的基本原理本讲稿第一页,共五十六页1-1光弹性的物理基础 把光弹性 模型放在偏光仪的光路中,使其受力,在白光或单色光的照射下,是可以观察到彩色或黑白图案,这就是光弹效应。本讲稿第二页,共五十六页 光弹性效应是模型材料的双折射性质和光波干涉所产生的结果。在光弹性里把条纹图称为应力光图。等差线 等倾线本讲稿第三页,共五十六页 偏振光:光波是电磁波,电磁波对物质的作用主要是电场,所以电场矢量又称光矢量,由于电磁场波是横波,所以光波中光矢量的振动方向总是和光的传播方向垂直,但是在垂直于光传播的平面内,光矢量可能有各种不同的振动状态,这种振动状态通常称为偏振态。光的偏振态一般分为四种。本讲
2、稿第四页,共五十六页 自然光:普通光源各个分子或原子发出的波列不仅初相位互不相关,而且光振动的方向也彼此互不相关,它们是随机分布的,在垂直于光波传播方向的平面内,沿各个方向都有振动的光矢量。本讲稿第五页,共五十六页 光矢量只一个方向振动时,这种光称为线偏振光,又称为平面偏振光本讲稿第六页,共五十六页 光传播时,光矢量绕着传播方向旋转,其旋转角速度对应光的角频率。如果顺着光传播方向看去,光矢量端点的轨迹是圆,这种光称为圆偏振光。本讲稿第七页,共五十六页 光传播时,光矢量绕着传播方向旋转,其旋转速度对应光的角频率。如果逆着光传播的方向看去,光矢量端点的点轨迹是椭圆,这种光称为椭圆偏振光,并分为左旋
3、和右旋。本讲稿第八页,共五十六页光的干涉 理论和实践都已证明,光强I与光波振幅A的平方成正比,即I=KA2 光波产生干涉的条件是:频率相同,振动方向相同,并有固定的相位关系。现有满足上列条件的两列光波,其振幅分别为A1和A2,当它们经过空间某一点时,每一列波都要在该点引起一个振动,而该点的光振动就是两个振动的合成结果。合成的光波也在同一平面内,其振动将由他们的位相差来决定。下面看两种特殊情况:本讲稿第九页,共五十六页 1、光波E1的波峰与光波E2重叠,它们的相位相同,则合成波E的振幅加强,等于A1+A2,光强为 IE=K(A1+A2)2 此时倍觉明亮,称为相长干涉。本讲稿第十页,共五十六页 2
4、、光波E1的波峰与光波E2的波谷重叠,则合成波E的振幅为 A1-A2,光强减弱为 IE=K(A1-A2)2 称为相消干涉。如A1=A2,则IE=0本讲稿第十一页,共五十六页 上面是对单色光而言的,干涉的结果是出现明暗条纹的现象。如果是白光,干涉的结果是出现彩色条纹。因为白光使不同波长的七种色光的组合,当产生光的干涉现象时,不可能是七种色光同时加强或减弱。当一种色光(单色光)相抵消时,还有六种色光没抵消,因而看到的就是其余色光的混合光。本讲稿第十二页,共五十六页 当一光线进入到某些晶体物质时,会分成互相垂直的线偏振光,这种性质称为双折射。两偏振光在晶体中的传播速度不同,故其折射率(设为n1,n2
5、)也不同,因此,通过晶体厚度d后,两光之间出现了光程差,用表示,其值为 =(n1-n2)d本讲稿第十三页,共五十六页 对于某些非晶体,原来是光学各向同性的性质,但在承受外力后,这类物质像晶体一样,也出现双折射现象,只不过这种双折射现象是暂时的,当应力去除之后,物质又恢复到原来的光学各向同性性质,故称这种双折射为暂时双折射。本讲稿第十四页,共五十六页1-2琼斯矢量和琼斯矩阵由于时间项对光强和振幅无影响,设其值为1,则琼斯矢量为 (1-2)这束光的强度为 (1-3)式子中的*表示共轭 本讲稿第十五页,共五十六页归一化的琼斯矢量为:式 中 B=则琼斯矢量可表示为:E=或者E=本讲稿第十六页,共五十六
6、页表1-1 偏振光的琼斯矢量本讲稿第十七页,共五十六页本讲稿第十八页,共五十六页本讲稿第十九页,共五十六页本讲稿第二十页,共五十六页本讲稿第二十一页,共五十六页本讲稿第二十二页,共五十六页本讲稿第二十三页,共五十六页 表表 1-2 光学器件的琼斯矩阵光学器件的琼斯矩阵本讲稿第二十四页,共五十六页 续表1-2 光学仪器的琼斯矩阵本讲稿第二十五页,共五十六页 续表1-2 光学仪器的琼斯矩阵本讲稿第二十六页,共五十六页1-3偏光弹性仪 偏光弹性仪本讲稿第二十七页,共五十六页 偏振片放置法P1,P2的偏振轴正交,此时光线不能通过。P1,P2的偏振轴平行,此时光线能通过本讲稿第二十八页,共五十六页本讲稿
7、第二十九页,共五十六页偏光弹性仪认识实验本讲稿第三十页,共五十六页*调整仪器应注意以下各点1.要求光源、偏振片、分析片、四分之一波片合格透镜中心在同一水平轴上。2.开启光源,调节聚光镜与光源之间的距离,以产生平行光线。3.调节明场合暗场。本讲稿第三十一页,共五十六页1-4平面光弹性的应力-光学定律用透明材料制成模型,并使模型受力处于偏振光场中,便可以出现双折射现象。1.光波垂直通过平面受力模型内任一点,它只沿这点的两个主应力方向分解并振动,且只在主应力平面内通过。2.两光波在两主应力平面内通过的速度不等,因而其折射率发生了变化,其变化量与主应力大小成线性关系。A,B是模型材料的应力光 学常数本
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