Курсовая работа: Использование фотоупругого эффекта для измерения физических величин

Содержание

Введение

1 Общая характеристика фотоупругого эффекта

2 Использование фотоупругого эффекта для измерения физических величин

2.1 Измерение давления

2.2 Измерение параметров светового излучения

2.3 Измерение ускорения

Заключение

Список использованных источников

Введение

Существует множество оптически прозрачных материалов, показатель преломления которых может изменяться под воздействием механических напряжений или деформации. Такие материалы называются фотоупру гими. Их можно использовать в оптических системах как волновые пластинки, чувствительные к механическим напряжениям (или деформациям). Существует множество видов таких материалов, начиная от стекла, имеющего низкую чувствительность к напряжению, но высокую к де формации, и заканчивая желатином, имеющего очень высокую чувствительность к деформации, но низкую — к напряжению.

Фотоупругость открыта Т. И. Зеебеком (1813) и Д. Брюстером (1816). Фотоупругость является следствием зависимости диэлектрической проницаемости вещества от деформации и проявляется в виде двойного лучепреломления и дихроизма, возникающих под действием механических нагрузок. При одноосном растяжении или сжатии изотропное тело приобретает свойства оптически одноосного кристалла с оптической осью, параллельной оси растяжения или сжатия. При более сложных деформациях, например при двустороннем растяжении, образец становится оптически двухосным.

1. Общая характеристика фотоупругого эффекта

Вещество считается обладающим фотоупругими свойствами, если его показатель преломления можно изменить некоторым приложенным механическим напряжением σ или деформацией ε. Фотоупругость была открыта Брюстером в 1816 г. Световая волна с плоскостью поляризации в том же направлении, что и напряжение, распространяется быстрее, чем волна ортогональной поляризации. Обычные вещества, проявляющие фотоупругие свойства — желатин, стекло и поликарбонат. Инженерами, занимающимися исследованием механических напряжений, это явление использовалось на протяжении нескольких десятилетий. Обычно из поликарбоната или подобного фотоупругого материала строится модель структуры, подлежащей исследованию. Белый свет поляризуется, проходит через исследуемую модель и наблюдается через другой поляризатор. Напряжения в фотоупругом материале, как говорят, вызывают задержку между ортогонально поляризованными компонентами световой волны. Это приводит к деструктивной интерференции на определенной длине волны. Наблюдатель видит дополнительные цвета в местах локализации напряжений. Плотность этих интерференционных полос показывает величины напряжений.

Далее описано, как можно осуществить количественный анализ напряжения или деформации. Рисунок 1.1 иллюстрирует волну, распространяющуюся в направлении z через фотоупругое вещество, испытывающее напряжение в направлении х. Задержку характеризует следующее соотношение:

задержка = напряжение х оптический коэффициент напряжения х оптический путь.

Задержку обычно приводят в величине физической длины, например 150 нм, что можно выразить как фазовый сдвиг:

фазовый сдвиг = напряжение х оптический коэффициент напряжения х оптический путь х 2π/λ

или

. (1.1)

В некоторых случаях оказывается предпочтительным работать с деформацией. Тогда задержка определится как

задержка = деформация х

х оптический коэффициент деформации х оптический путь. Уравнение (1.1) в этом случае принимает вид

. (1.2)

Рисунок 1.1-Фотоупругий эффект

В обычной конфигурации перед фотоупругим материалом расположен поляризационный фильтр. Его плоскость поляризации ориентирована под углом 45° к оси х. Свет от неполяризованного источника, пройдя поляризатор, будет иметь равные плоскополяризованные компоненты в направлениях х и y . Свет после образца проходит еще через один поляризатор, расположенный на его пути, и, наконец, фотоприемник просто измеряет оптическую мощность.

Опираясь на уравнения для электрической и магнитной энергий, заключенных в электромагнитной волне, можно показать, что мгновенная скорость потока энергии через единицу площади P — векторное произведение Е и Н

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--