压应力对冰洲石晶体光学性能的影响
偏光棱镜是偏振光学中最重要的光学器件之一,对偏振技术的发展也起着举足轻重的作用。但是在偏光棱镜的安装和使用过程中,通常要受到外部应力场的影响。这些影响主要通过晶体的面形和折射率两方面表现出来,虽然应力场带来的变化很小,但是足以影响光在晶体中的传播,从而影响器件的光学性能。 本课题以天然冰洲石晶体为例,设计实验测量了冰洲石晶体光轴方向和垂直于光轴方向的弹性模量,证实了冰洲石晶体的弹性模量具有各向异性;搭建光路,初步探究了外部压应力对晶体光轴方向、晶体的消光比和相位延迟量的影响。本课题的研究为偏光棱镜的设计和在应力场中的应用提供了理论依据,也为以后研究冰洲石晶体和偏光棱镜在压应力场下的其它光学性能提供了依据。全文概括起来包括以下几方面的内容: 第一章绪论,主要介绍了偏光技术和偏光器件的发展概况,以及晶体的力学效应,并对本课题要研究的内容和研究意义进行了说明。 第二章首先介绍了冰洲石晶体的化学成分、晶体结构和物理化学性质,然后介绍了冰洲石晶体的光轴方向及冰洲石晶体的用途。 第三章首先介绍了弹性形变的本质,晶体的弹性理论以及晶体的弹性各向异性。然后介绍了晶体的消光比以及压应力下晶体的消光比的测量方法,推导了晶体的消光比和晶体的相位延迟量之间的关系。最后从理论上分析了压应力下晶体的光轴与晶体消光位置的关系。 第四章设计实验,利用电子式万能试验机测量了冰洲石晶体的弹性模量。首先用已知弹性模量的K9玻璃进行实验,将实验结果与实际数值比较计算出比值 K作为晶体实验的比例系数。为了验证试验的正确性,利用此方法测量了各向异性晶体石英的光轴方向和垂直于光轴方向的弹性模量,发现测量结果与实际数值相差较小。最后用该方法测量出了冰洲石晶体光轴方向和垂直于光轴方向的弹性模量,证实了冰洲石晶体的弹性模量确实是各向异性的。 第五章利用第三章的压应力下消光比的测量方法以及消光位置的变化与光轴旋转角度的关系,首先对同一施力方向下不同大小的压应力对光轴旋转角度的影响进行测试并给出了定性分析。最后总结了同一施力方向不同的压应力下冰洲石晶体消光比的变化情况。并且根据消光比的变化情况推导出了冰洲石晶体相位延迟量的变化。 课题的意义:为以后研究应力场中冰洲石晶体的光学性质提供了一定的理论参考,同时为晶体偏光器件的优化设计和合理利用提供了一定的参考。 本文的主要工作及创新点:利用K9玻璃作为基准,测定了冰洲石晶体光轴方向和垂直于光轴方向的弹性模量,证实了冰洲石晶体的弹性各向异性。其次,将冰洲石晶体的消光位置与其光轴相联系起来,自己设计实验来探索压应力下冰洲石晶体的光轴方向是否发生了变化。然后自己设计晶体模型,用实验探索了同一施力方向不同的压应力下冰洲石晶体的光轴、消光比和相位延迟量的变化情况。
冰洲石晶体;光学性能;偏光棱镜;压应力
曲阜师范大学
硕士
光学
吴福全
2012
中文
O734
49
2012-11-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）