1-2 光弹性实验中的基本光学知识

光弹性效应一实验原理（一）光弹性效应光弹性：某些介质，在自然状态下式各向同性的，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。

这种双折射是暂时的，应力解除后即消失。

我们称具有明显光弹性效应的物质为光敏物质；光弹性效应微弱的物质为非光敏物质。

光弹仪的原理：，σ为内应力（二）全息光弹法两次曝光法当模型未加力时，让物光和参考光同时投到全息干板上作第一次曝光，模型加上力后，再做第二次曝光。

将全息干板显影、定σk n n e =-0影，得到全息图。

放回原来位置，遮蔽物光，让参考光照射全息图，这时候迎着原物光方向观看，即可看到实验模型的立体虚像，通过望远镜可看到虚像中有明暗相间的干涉条纹，即为等和线。

此方法适用于非光敏物质。

一次曝光法：只在模型受力时作一次曝光，其余操作和两次曝光法一致。

将能看到等差线，该法适用于光敏物质。

（三）等和线&等差线形成原因：两次曝光法得到的光强分布为：若取非光敏物质做成模型做两次曝光，由于ηc ≈0，则上式成为：那么，当ηρ=0，±1、±2….相应点成为亮条纹，即沿同一条纹各点有相同的ηρ。

而ηρ与主应力之和（σ1+σ2）成正比，因此同一条纹各点主应力之和相等。

称之为等和线。

二实验过程1. 打开激光器，激光束打到分光镜有膜一面（中间的一块）；2. 在模型后20cm 左右位置放置白屏，记录位置；3. 调节反光镜，使物光光束透过模型中心，打到白屏上，调节参考光光路反光镜，使参考光光点和物光光点重合；4. 测量两路光程，要做到差距在1cm 之内；5. 加上准直镜，为保证激光束垂直通过其光心，调节其位置，使白屏上光点重合，并且使反射光沿原路返回；)(cos )cos()2cos(212c c I πηπηπηρ++=)2cos(22ρπη+=I6.加扩束镜，撤掉白屏，这时候在墙壁上可以发现一个亮斑。

保证其亮斑中心与未加扩束镜时的亮斑中心重合，然后移动扩束镜，使其亮斑大小与准直镜通光孔径大致相同，并且亮斑均匀；7.加偏振片&1/4波片，调节角度成45°，加上毛玻璃片；8.找到两路光重叠的位置，标记；9.遮住激光束，在黑暗中固定好全息干板。

光弹性实验报告一、 实验目的1. 了解光弹性仪各部分的名称和作用，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内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内，则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：11sin()u a t ω= （1）22sin()u a t ωφ=+ （2）式中 1a 2a —振幅φ—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12a a a ==，2πφ=，则方程式成为圆的方程：22212u u a += （3）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，并且频率相同；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。

目录实验光弹性效应实验 (1)实验光弹性效应实验一: 实验设备光学实验导轨1000mm 1根白光光源（含电源）1台二维+LD（含电源）1台扩束镜1套光弹性材料1块1/4波片2套偏振片2套压力架1个滑块8个透镜1个白屏1块二：实验原理塑料、玻璃等非晶体在通常情况下是各向同性而不产生双折射现象的。

但是当它们受到应力的时候，就会变成各向异性而显示出双折射性质，这种现象称为光弹性效应。

各向同向的介质在某一方向受应力时，在这个方向上就形成了介质的光轴。

设应力为P，设这时出现的o光和e光的折射率分别为no和ne ，则在一定的范围内：n o–n e =CPC为常量。

因此通过的厚度为L 的形变介质时，两偏振光的相位差为：L n n e o )(2-=λπφ单色光通过起偏镜后成为平面偏振光 ()t a u ωsin =u 到达第一个1/4波片后，沿波片分解成快、慢轴平面偏振光u1、u2 t a u ω45cos sin 1=︒= t a t a u ωωsin 245cos sin 2=︒=通过1/4波片后，u1、u2相对产生向位差2/π，则成为t a t a u ωπωcos 22sin 2'1=⎪⎭⎫ ⎝⎛+= (沿快轴) t au ωsin 2'2= (沿慢轴)u1、u2合成为圆偏振光。

设受力模型上o 点的主应力1σ的方向与第一个1/4波片的快轴成β角。

当u1、u2入射到模型o 点时，分别沿该点主应力1σ、2σ方向分解为()βωββσ-=+=t au u u cos 2sin 'cos '211 (沿1σ方向) ()βωββσ-=-=t au u u sin 2sin 'cos '211 (沿2σ方向) 通过试片后，1σu 、2σu 相对产生相位差φ，成为()φβωσ+-=t a u cos 2'1()βωσ-=t au sin 2'2 同理，可知经过第二个1/4波片后，公式就成为()()[]ββωβφβωsin sin cos cos 2'3--+-=t t a u (沿慢轴) ()()[]βφβωββωsin sin cos cos 2'4+---=t t au (沿快轴)3'u 、4'u 通过检偏镜后得合成偏振光为())22cos(2sin 45cos ''435φβωφ+-=︒-=t a u u u 当：φβ-︒=45，上式可简化为：⎪⎭⎫ ⎝⎛++=22cos 2sin 5φφωφt a u 如此一来，光通过检偏镜后再次利用光强公式我们可以写成2)2sin (φa K I =如果用光程差∆表示，则由于∆=λπφ2，得2)sin (λπ∆=a K I 很清楚的由公式我们可以看到仅在πλπN =∆，即△= λN (,...2,1,0=N )时才会出现暗点，这也表示利用圆偏振场的确可以消除等倾线对条纹图形的影响。

光弹性实验报告一、实验目的光弹性实验是一种用于测量材料内部应力分布的实验方法。

本次实验的主要目的是通过光弹性实验技术，观察和分析受力模型在不同载荷条件下的等差线和等倾线图案，从而确定模型内部的应力分布情况，并验证理论计算结果。

二、实验原理光弹性现象是指某些透明材料在承受载荷时，会产生暂时的双折射现象。

当一束偏振光通过受力的光弹性材料时，其偏振方向会发生改变，从而产生干涉条纹。

这些干涉条纹反映了材料内部的应力分布情况。

等差线是指光程差相等的点的轨迹，它与主应力差成正比。

等倾线则是指主应力方向相同的点的连线。

通过观察和分析等差线和等倾线的图案，可以计算出材料内部各点的应力大小和方向。

三、实验设备和材料1、光弹性实验仪：包括光源、偏振片、分析片、加载装置等。

2、模型材料：环氧树脂或有机玻璃等光弹性材料制成的模型。

3、量具：游标卡尺、千分尺等。

四、实验步骤1、模型制备选用合适的光弹性材料，根据实验要求制作模型。

确保模型的尺寸精度和表面质量，以减少实验误差。

2、仪器调试打开光源，调整偏振片和分析片的角度，使视场呈现暗背景。

检查加载装置的工作性能，确保加载平稳、准确。

3、模型安装将模型安装在加载装置上，注意安装位置和方向的准确性。

4、加载观测逐渐施加载荷，观察等差线和等倾线的形成和变化。

记录不同载荷下的干涉条纹图案。

5、数据测量使用量具测量模型的尺寸和加载力的大小。

记录等差线和等倾线的级数和角度等数据。

6、实验结束缓慢卸载，关闭实验仪器。

五、实验结果与分析1、等差线图案分析在不同载荷下，等差线的分布和密度发生了明显变化。

随着载荷的增加，等差线的级数增多，表明主应力差增大。

通过对等差线的分析，可以定性地了解模型内部应力集中的区域。

2、等倾线图案分析等倾线的分布反映了主应力的方向。

在模型的不同部位，主应力方向有所不同。

通过测量等倾线的角度，可以计算出主应力的方向。

3、应力计算根据等差线和等倾线的测量数据，结合光弹性实验的基本理论和计算公式，可以计算出模型内部各点的应力大小和方向。

1. 了解光弹性实验的基本原理和实验方法；2. 学习使用光弹性实验装置进行应力分析；3. 掌握光弹性实验数据处理方法，分析模型的应力分布。

二、实验原理光弹性实验是一种研究物体内部应力分布的方法，其基本原理是利用透明材料在应力作用下产生双折射现象。

通过观察和分析光弹性模型的光学性质变化，可以确定物体内部的应力分布。

实验过程中，将具有双折射现象的透明材料制成研究对象的模型，对模型施加相似载荷，使模型内部产生应力。

此时，模型中的光路发生改变，通过观察和记录模型的光学性质变化，可以分析模型内部的应力分布。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：光弹性实验装置、光源、照相机、量角器等；2. 实验材料：具有双折射现象的透明材料（如硝化纤维素、聚乙烯醇等）。

四、实验步骤1. 准备工作：将透明材料制成研究对象模型，确保模型尺寸符合实验要求；2. 安装模型：将模型放置在实验装置上，调整光源和照相机，使光路通过模型；3. 加载：对模型施加相似载荷，使模型内部产生应力；4. 观察记录：观察模型的光学性质变化，记录光路改变情况；5. 数据处理：对实验数据进行处理，分析模型内部的应力分布。

五、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，观察到了模型在加载过程中的光学性质变化，记录了光路改变情况；2. 数据处理：对实验数据进行处理，得到模型内部的应力分布图；3. 分析：根据应力分布图，分析了模型内部的应力集中区域和应力分布情况。

1. 光弹性实验是一种有效的应力分析方法，可以准确分析模型内部的应力分布；2. 通过光弹性实验，可以了解透明材料在应力作用下的光学性质变化，为材料设计和优化提供依据；3. 实验过程中，应严格按照操作规程进行，确保实验结果的准确性。

七、实验注意事项1. 实验过程中，注意观察模型的光学性质变化，避免光路干扰；2. 加载过程中，注意控制加载速度，防止模型损坏；3. 实验数据应准确记录，以便后续分析。

八、实验总结本次光弹性实验，使我们对光弹性实验的基本原理和实验方法有了更深入的了解。

光弹性实验一．实验目的1.光弹性实验是一种光学的应力测量方法，是材料力学实验的重要组成部分。

通 过该实验熟悉光弹性等色条纹级次的判定方法。

2.理解材料条纹的力学意义 二．实验原理塑料、玻璃等非晶体在通常情况下是各向同性而不产生双折射现象的。

但是当它们受到应力的时候，就会变成各向异性而显示出双折射性质，这种现象称为光弹性效应。

光弹性法的光源有单色光和白光两种，单色光是只有一种波长的光；白光则是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种单色光组成的。

发自光源的自然光是向四面八方传播的横振动波。

当自然光遇到偏振片时，就只有振动方向与偏振轴平行的光线才能通过，这就形成平面偏振光，其振动方程为vtA u λπ2sin= （1）式中A 为光波的振幅，λ为单色光的波长，v 为光波的传播速度，t 为时间。

根据光学原理，偏振光的强度与振幅A 的平方成正比，即2KA I = （2） 比例常数K 是一个光学常数。

用具有双折射性能的透明材料（如环氧树脂塑料或聚碳酸脂塑料）制成与实际构件相似的模型，并将它放在起偏镜和检偏镜之间的平面偏振光场中（见图1）。

当模型不受力时，偏振光通过模型并无变化。

如模型受力，且其某一单元的主应力为1σ和2σ，则偏振光通过这一单元时，又将沿1σ和2σ的方向分解成互相垂直，传播速度不同的两束偏振光，这种现象称为双折射。

由于两束偏振光在模型中的传播速度并不相同，穿过模型后它们之间产生一个光程差∆。

实验结果表明，∆与该单元主应力差()21σσ-和模型厚度h 成正比，即()21σσ-=∆Ch （3）式中比例常数C 与光波波长和模型材料的光学性质有关，称为材料的光学常数。

公式（3）称为应力光学定律。

光弹性法的实质，是利用光弹性仪测定光程差∆的大小，然后根据应力光学定律确定主应力差。

三．平面偏振布置PAΨσ1σ2uu 1,u ‘1u 2,u‘2o图2偏振轴与应力主轴的相对位置图1 受力模型在正交平面偏振布置中光源起偏镜模型检偏镜PA如图1所示的正交平面偏振布置，用符号P 和A 分别代表起偏镜和检偏镜的偏振轴。

一、实验目的1. 了解光弹性效应的基本原理；2. 掌握光弹性效应实验的方法和步骤；3. 分析光弹性效应在不同材料中的表现；4. 提高对光学测试技术的认识。

二、实验原理光弹性效应是指当透明材料受到应力作用时，其光学性质发生改变的现象。

这种现象可以通过偏振光来观察。

当材料受到拉伸或压缩应力时，其折射率会发生变化，从而导致光波在材料中传播速度的改变，进而影响偏振光的传播方向。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：光弹性效应测试仪、显微镜、偏振片、透明材料（如玻璃、塑料等）、样品夹具；2. 实验材料：透明材料样品。

四、实验步骤1. 准备实验材料：将透明材料样品切割成所需尺寸，并清洗干净；2. 安装样品：将样品放入样品夹具中，确保样品表面平整；3. 连接仪器：将光弹性效应测试仪与显微镜连接，调节仪器至最佳状态；4. 选择偏振片：根据实验要求选择合适的偏振片；5. 观察现象：开启测试仪，观察偏振光在透明材料中的传播情况，记录现象；6. 分析结果：根据观察到的现象，分析光弹性效应在不同材料中的表现；7. 实验数据整理：整理实验数据，绘制实验曲线。

五、实验结果与分析1. 实验结果：（1）当透明材料受到拉伸应力时，其折射率减小，光波传播速度变快，偏振光传播方向发生改变；（2）当透明材料受到压缩应力时，其折射率增大，光波传播速度变慢，偏振光传播方向发生改变；（3）不同材料的应力-折射率关系不同，表现出不同的光弹性效应。

2. 实验分析：（1）光弹性效应是材料受到应力作用时，其光学性质发生改变的现象；（2）通过观察偏振光在透明材料中的传播情况，可以判断材料受到的应力类型和大小；（3）光弹性效应在工程领域有广泛的应用，如材料力学性能测试、光学器件设计等。

六、实验总结本次实验通过观察光弹性效应在不同材料中的表现，掌握了光弹性效应实验的方法和步骤。

实验结果表明，光弹性效应在工程领域有广泛的应用前景。

在今后的学习和工作中，我们将进一步深入研究光弹性效应，为相关领域的发展做出贡献。

光弹性测量技术的原理与实践指南引言光弹性测量技术是一种通过光的干涉和衍射原理来测量物体形变和应力分布的非接触式测试方法。

这种技术在材料科学、工程结构、生物医学等领域有着广泛的应用。

本文将介绍光弹性测量技术的原理以及实践指南，为读者提供更深入的了解和应用指导。

一、光弹性测量技术的原理光弹性测量技术是基于光的干涉和衍射原理来进行测量的。

当光束通过物体时，会发生折射、反射、透射和散射等现象，这些现象可以用干涉和衍射来解释。

1. 干涉原理当光束通过物体时，由于物体的形变或应力分布，光束的路径会发生改变，从而导致光程差的变化。

如果光束经过的两条路径的光程差为光波长的整数倍，就会出现干涉现象。

通过测量干涉条纹的移动，我们可以得到物体形变或应力分布的信息。

2. 衍射原理衍射是当光波通过一个孔或绕过障碍物时，光波会发生弯曲和扩散的现象。

通过观察衍射条纹的形状和位置，我们可以得到物体形变或应力分布的信息。

光弹性测量技术一般使用激光作为光源，因为激光的相干性和方向性可以提高测量的精度和稳定性。

二、光弹性测量技术的实践指南1. 实验器材进行光弹性测量实验需要准备一些基本的器材，包括激光器、光学元件（如透镜、偏振片、干涉仪）、相机、光敏材料等。

这些器材的选择应根据实验目的和精度要求来确定。

2. 校准和标定在进行光弹性测量之前，需要进行系统的校准和标定。

校准是为了确保测量结果的准确性和可靠性，可以通过对已知形变或应力的标准样品进行测量来进行校准。

标定是为了确定光程差和位移之间的关系，可以通过加权法或多次观测法来确定标定曲线。

3. 测量方法光弹性测量可以采用静态或动态方法。

静态方法是在物体施加一个稳定的形变或应力状态下进行测量，可以得到物体的静态应力分布。

动态方法是在物体施加一个变化的形变或应力状态下进行测量，可以得到物体的动态应力响应。

根据实验需求和物体特性选择合适的测量方法。

4. 数据处理在进行光弹性测量实验后，需要进行数据处理和分析，以得到所需的形变或应力分布信息。

光弹性实验实验讲课提纲一、自然光与平面偏振光（一）自然光我们日常所见的光源，如太阳和白炽灯，所发出的光波是由无数个互不相干的波组成的，在垂直于光波传播方向的平面内，这些波的振动方向可取任何可能的振动方向，没有一个方向较其他方向更占优势。

也就是说，在所有可能的方向上，振幅都是相等的。

这种光称为自然光。

（二）平面偏振光如光波在垂直于传播方向的平面内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平面内，则此种光波称为平面偏振光。

二、光弹性实验原理将具有双折射性能的透明塑料，制成与零件形状几何相似的模型，使模型受力情况与零件的载荷相似。

平面偏振光透过受有外力作用的模型时，分解成两束相互垂直的偏振光，分别在两个主平面上振动，且传播速度不等，其结果从模型上每一点透出的振动方向相互垂直的两个光波间产生光程差。

如果再使它通过偏振镜，则产生光的干涉现象，得到等倾线和等差线两种干涉条纹。

由等倾线可以求得主应力方向，由等差线可以求得主应力差σ1-σ2，再配合其他方法则可以求解出模型上一点的主应力σ1和σ2。

根据模型相似理论可以由模型应力换算求得真实零件上的应力。

三、光弹性实验装置（一）光弹仪的基本构造光弹仪由光源、准直透镜、起偏振镜、1/4波片、加载架、1/4波片、检偏振镜、视场透镜、屏幕或相机等部件组成。

（二）光弹仪的调整1.平面偏振光场（1）正交平面偏振光场（暗场）；（2）平行平面偏振光场（亮场）。

2.圆偏振光场（1）双正交圆偏振光场（暗场）；（2）平行圆偏振光场（亮场）。

四、等倾线与等差线设光源发出的单色光波为u1=aSinωt在正交平面偏振光场中，此单色光波经起偏镜，受力模型，再经检偏镜射出后，成为ｕ2=aSin(2ψ)Sin(π△/λ)Cos(ωt+π△/λ)其光强为I=K[aSin(2ψ)Sin(π△/λ)]2使I=0的第一种情况是Sin2ψ=0，即ψ=0，或ψ=π/2。

ψ=0，或ψ=π/2表示该点应力主轴方向与偏振轴方向重合。

光学实验知识点总结一、光学实验的基础知识1.1 光的性质光是一种电磁波，在真空中传播的光速为c，独立于光源和观察者的运动状态。

光可以发生反射、折射、散射、吸收、干涉和衍射等现象。

1.2 光的波动性和粒子性光既具有波动性，又具有粒子性。

在一些实验中，光表现出波的相互干涉和衍射现象；在一些实验中，又表现出粒子的光电效应和康普顿散射现象。

1.3 光的色散和偏振光在经过介质的时候会发生色散现象，也会产生偏振现象。

色散是指不同波长的光在介质中传播速度不同，因而折射角度不同；偏振是指光波在特定方向上的振动方向。

1.4 光的干涉和衍射干涉是指两束或多束光波相遇后产生明暗相间的条纹，干涉现象通常发生在单色光发射的光波上；而衍射是摆动光波经过狭缝或障碍物后，发生波的扩散、弯曲和干涉的现象。

二、常见的光学实验2.1 反射实验反射实验是通过平面镜或曲面镜，观察光线的反射规律。

镜子的反射规律包括入射光线、反射光线和法线共面、入射角等于反射角、入射光线、反射光线和法线共面。

2.2 折射实验折射实验是通过介质的相对折射率和斯涅尔定律，观察光线在折射介质中的偏折现象。

斯涅尔定律是指光线经过折射介质时，入射角、折射角和折射介质的相对折射率之间满足一定的关系。

2.3 几何光学实验几何光学实验是通过定焦距的透镜，观察光线的偏折、成像和放大现象。

透镜的成像规律包括物距、像距、焦距、物方倍率、像方倍率等。

2.4 干涉实验干涉实验是通过干涉条纹，观察光波的干涉现象。

杨氏双缝干涉实验是经典的干涉实验，通过双缝产生的光波干涉，产生明暗相间的条纹。

2.5 衍射实验衍射实验是通过狭缝或障碍物，观察光波的衍射现象。

费涅尔衍射实验和夫琅禾费衍射实验是经典的衍射实验，通过狭缝或障碍物产生的衍射波纹，展现出光波的波动性。

2.6 偏振实验偏振实验是通过偏振片、波片和偏光器，观察光波的偏振现象。

偏振片可以过滤掉特定方向上的光波，使得出射光波具有特定的偏振状态。