光弹性效应guangtanxing xiaoying

透明固体物质内存在应力时，折射率特性发生变化而产生的双折射现象。又称应力双折射或机械双折射。例如制造光学玻璃时，若退火不均匀，玻璃内会存在内应力；光学玻璃元件安装固定的外力，也会使玻璃内存在内应力。在这些情况下，原来各向同性的玻璃，会出现双折射。1813年，塞贝克研究了这种效应，1816年，布儒斯特也进行了研究。若物质本来就是光学各向异性的，应力的存在会出现附加的双折射。折射率特性的变化随应力的分布，一般都是很复杂的。若物质本来是光学各向同性的，应力的存在，变为各向异性物质，折射率变化较为简单。如果均匀受压，变为负单轴晶体；均匀拉伸，则变为正单轴晶体。光轴的方向与应力方向一致，在一定的应力范围内，主折射率之差(n0—n_e)=kp，式中p为内应力，k为比例系数，称光弹性系数，与材料性质有关。若材料的厚度为l，光垂直于光轴方向通过它时，两个垂直的光振动之间的位相差为

δ= 2πlkp/λ

式中λ为光的波长。利用偏振光干涉，可以观察到光弹性效应。在透振方向互相垂直的线偏振器N₁和N₂之间，放入因应力而出现双折射特性的物体K。干涉图样取决于位相差，间接地反映了应力的大小和分布。若应力很复杂，又用白光入射，可看到复杂的彩色图样。光学玻璃元件的光弹性效应会影响成像质量，应设法避免。但在工程上，光弹性效应有着广泛的应用。如用各向同性的透明材料，制成缩小的部件模型，再按实际使用情况，施加模拟的负载或外力，把它们放入正交偏振器中，从干涉图样可分析出部件内部的应力分布，为部件设计提供数据。在机械制造、桥梁、水坝、建筑物等的设计中，广泛采用这种方法。通过地块模型的受力分析，用来进行地震预报。把偏振光干涉装置进行改进，添加各种附加装置，制成各种光测弹性仪。如全息光弹性仪和激光散斑仪，可用来测量物体表面的形变；多脉冲激光全息照相机和多火花动态弹性仪，可用来拍摄高速运动负载作用下模型的应力分布：自动光弹性仪可自动处理数据；等等。研究从干涉图样分析出应力的分布。已成一门新学科，即光测弹性力学。