关于应力双折射介绍

[拼音]：yingli shuangzheshe

[外文]：stress birefringence

透明的固体媒质在压力或张力的作用下，折射率特性会发生改变。若媒质是光学各向同性的，那么外力的作用就使它成了各向异性的，会产生双折射。若媒质本来就是光学各向异性的晶体，那么外力作用会使它产生一个附加的双折射，这一现象称为应力双折射，也称为机械双折射或光测d性效应。T.J.塞贝克在1813年和D.布儒斯特在1816年最早研究了这一现象。

常以折射率椭球方程描述晶体的光学特性。在主轴坐标系中，折射率椭球方程可以写为

。 (1)

当有外力作用于媒质时，折射率椭球方程变为

a1x2+a2y2+a3z2+a4yz+a5xz+a6xy＝1。 (2)

式(2)与式(1)相比各项系数之差与各应力分量成正比，

， (3)

其中p1，p2，…，p6分别表示各应力分量pxx、pyy、pzz、pyz、pxz、pxy，前三个为法向应力，后三个为切向应力；ni为晶体中各折射率分量，n1＝nx，n2＝ny，n3=nz，n4=n5=n6=0。系数qij称为应力光学常数，可用一个6×6的矩阵表示，其中有些矩阵元可能为零，有些彼此相关。同一类型的晶体非零矩阵元以及各矩阵元之间的关系是相同的，而每个矩阵元的数值则因材料而异。

各向同性材料，情况要简单得多。若将受力T作用的各向同性材料M放在两正交偏振器P与A之间(如图)，取光传播方向为z轴，材料在z轴方向长度为l，力与z轴垂直。光通过M后，两偏振分量的位相差近似为

(4)

式中p为应力，k为与应力光学常数及媒质折射率n有关的物质常数。由式(4)可见，位相差δ 是波长的函数。若以白光照明，迎着z所指的方向观察，可以看到彩色的偏振光干涉图样。借助补偿器B可测量应力双折射的大小。

利用这一装置，在不加外力的条件下，可检验光学材料的内应力。在工程上，可用应力双折射效应观察各力学结构的应力分布。为此可用各向同性的透明的应力光敏材料做成缩小的模型，在正交偏振器间观察偏振光的干涉图样。同样，也可用这一方法检查机械零件在加负载状态下的应力分布。利用应力双折射效应可以做成可调的压光补偿器或压光调制器。材料可选用熔石英或氟化锂。