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光弹性实验报告

一、实验目的

1.了解光弹性仪各局部的名称和作用，掌握光弹性仪的使用方

法。

2.观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应。

3.掌握平面偏正光场和圆偏振光场的形成原理，和调整镜片〔起

偏镜、检偏镜、1/4波片〕的方法。

4.通过圆盘对径受压测量材料条纹级数f，并通过实验求出两

端受压方片中心截面上的应力。

5.用理论公式计算出方片中心截面上的应力，并与实验得出的

数据相比对，判断实验数据的准确性。

二、实验原理和方法

首先引入偏振光的概念，如光波在垂直于传播方向的平面只在某

一个方向上振动，且光波沿传播方向上所有点的振动均在同一个平

面，那么此种光波称为平面偏振光。

双折射：当光波入射到各向异性的晶体如方解石、云母等时，一

般会分解为两束折射光线，这种现象称为双折射。

从一块双折射晶体上，平行于其光轴方向切出一片薄片，将一束

平面偏振光垂直入射到这薄片上，光波即被分解为两束振动方向互相

垂直的平面偏振光，其中一束比另一束较快地通过晶体。于是，射出

薄片时，两束光波产生了一个相位差。这两束振动方向互相垂直的平

面偏振光，其传播方向一致，频率相等，而振幅可以改变。设这两束

平面偏振光为：

〔1〕

uasin(t)

11

〔2〕

uasin(t)

22

式中aa—振幅

12

—两束光波的相位差



将上述两方程〔1〕〔2〕合并，消去时间t，即得到光路上一点的

合成光矢量末端的运动轨迹方程式,此方程式在一般的情况下是一个

椭圆方程，如果aaa，那么方程式成为圆的方程：

，

122

222

uua〔3〕

12

-.word.zl

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光路上任一点合成光矢量末端轨迹符合此方程的偏振光称为圆

偏振光，在光路各点上，合成光矢量末端的轨迹是一条螺旋线。

因此要产生圆偏振光，必须有两束振动平面互相垂直的平面偏振

光，并且频率一样；振幅相等；相位差为π/2。如平面偏振光入射到

具有双折射特性的薄片上时，将分解为振动方向互相垂直的两束平面

偏振光。当使入射的平面偏振光的振动方向与这两束平面偏振光的方

向各成45°时，那么分解后的两束平面偏振光振幅相等。由于这两

束光在薄片中的传播速度不同，通过薄片后，就产生一个相位差。只

要适中选择薄片的厚度，使相位差为π/2，就满足了组成圆偏振光的

条件。由于相位差π/2相当于光程差λ/4(λ——波长)，故