第一章 光弹性的基本原理.ppt

1-1 光弹性的物理基础 1-2琼斯矢量和琼斯矩阵 1-3 偏光弹性仪 1-4平面光弹性的应力—光学定律 1-5受力模型在平面偏振光场中的光弹性效应 1-6受力模型在圆偏振光中的光弹性效应 1-7等差线及其应用 1-8等氢线及主应力轨迹线 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。 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 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。 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。 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 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。 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，并分为左旋和右旋。 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： 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。 2、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 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。 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 ）也不同，因此，通过晶体厚度d后，两光之间出现了光程差，用δ表示，其值为 δ=（n1-n2）d 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。 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 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= 表1-1 偏振光的琼斯矢量 表 1-2 光学器件的琼斯矩阵