基于斯托克斯参量的光弹性应力分布及成像方法研究

提出了一种基于斯托克斯参量测量的实时光弹性应力测量及其成像的新方法,对该方法的原理及参量测量方法进行了深入研究。根据分振幅斯托克斯参量测量原理设计一个实验系统,利用Equator-Poles(E-P)法定标系统,采用4个性能一致的光电探测器实现光束斯托克斯参量的快速实时测量。用实验系统测量单色平面偏振光通过光弹性样品后的斯托克斯参量,求得出射与入射偏振光的相位延迟量,再求得样品的应力值。运用该方法对有应力分布的平板玻璃和轴向受压有机玻璃进行测量并扫描成像,得到它们的应力分布图像。结果表明,该方法能够准确、快速和无损地测量光弹性样品任意位置的应力,实现对应力的实时测量。     

一种玻璃材料内应力精密测定的方法

针对玻璃材料内应力的测量,提出了一种采用磁光调制技术,进行高准确度的应力双折射检测的新方案.该方法原理简单、测量准确度高.采用琼斯矩阵法分析了该方案的理论推导,并提出了当被测量样品较大时,提高测试效率的两种可行方法.     

磁光材料磁圆二向色性的测量

采用磁光旋转测量装置与1/4波片组合而成的实验装置测量了(BiTm)_3(FeGa)_5O_(12)单晶薄膜样品的磁圆二向色性(椭圆率tanhθ″),以及θ″与磁场强度H、样品厚度2h的关系。测量密度达0.01°。实验证明了磁光旋转的虚部θ″与实部θ′一样,是与磁化强度M相联系的,且随样品厚度线性增加。     

没有热效应的新型磁光测试装置

介绍了一种新型的磁光测试装置.根据法拉第磁致旋光效应,使用永磁片代替以往通电螺线圈产生磁场,不会产生热量,可以消除热效应对磁光介质费尔德常量的影响.通过实验测出这种磁场的分布特点,给出该装置的调节方法,并测出292 K温度下LaK2,LaK3,Tb20,Tb25,ZF6玻璃的费尔德常量.本实验为地磁成像技术提供了实验数据,并推动了该研究的进展.     

关于磁光调制倍频法的讨论和改进

从理论上证明了磁光调制倍频的原理,着重论述了调制幅度对实验波形的影响,证明了为得到理想的结果,应将调制幅度0θ控制在π/4处.根据磁光调制倍频法的工作原理,分别给出了磁光调制器和测量光路的一种变形,通过改进,利用法拉第效应的非互易性,旋转角变为了原来的2倍.     

磁光克尔效应实验装置改进与非标软磁材料的矫顽力测量

原有的磁光克尔效应实验装置为分立的磁块光具座,光路调节中可变因素多,调节难度大且精度不高,故只能测量标配样品.针对以上问题,设计了水平可调的光学导轨,通过增加透镜组和串联电阻补偿方法,可显著简化光路调节和提高测量灵敏度,实现了对非标软磁性材料矫顽力的测量.     

基于法拉第磁光效应测量空间磁场

在法拉第效应中,线偏振光通过加有外磁场的磁光介质时,其光矢量发生了旋转.光的偏振方向旋转的角度与磁场沿着光波传播方向的分量呈线性正比关系,因此通过测量旋光角度即可得到相应的磁场大小.本实验创新性地提出基于法拉第磁光效应测量空间磁场的方法,利用了半影法减小测角器的测量误差,更加精准地找到了消光位置.实验测得实验室环境中空间磁场的磁感应强度B=0.287 mT,并得到磁偏角大小为θ=7.688°.与使用磁阻传感器进行测量的数据相比,磁感应强度的相对误差为η_B=4.6%,磁偏角的相对误差为η_θ=9.8%.     

利用磁光克尔效应计算材料的介电张量非对角元

利用磁控溅射的方法制备了Ag和Ag/Co双层薄膜样品.通过椭偏测量和磁光克尔测量,得到薄膜样品的有效光学常量和有效磁光参量,并通过数值分析得到介电张量的非对角元.实验结果表明:用通常公式计算和磁光测量与椭偏测量结合计算非磁样品Ag薄膜的光学常量的结果一致,验证了基于磁光测量方法计算介电张量非对角元的正确性.     

基于光弹性贴片法的材料表面应变场测量研究

针对常用电阻应变片法的点测结果不易反映构件表面应变场分布的问题,将光弹性贴片方法应用于材料表面应变场测量。制作了光弹性贴片,并标定光弹性贴片的材料条纹值,通过几种典型形状光弹性贴片试件的加载实验掌握应力场分布的条纹图像判读方法。开展光弹性贴片在简支钢梁的应变场测量应用,在薄弱点位置光弹性贴片法相比电阻应变片法应变值偏差在5%以内。对C30混凝土试块进行4.4 MPa～39.6 MPa的应力加载过程中,有效监测到混凝土表面裂缝产生、稳定扩展及失稳破坏过程中的条纹图像变化过程。实验表明,光弹性贴片方法可以直观可靠地测量金属及混凝土的表面应力场变化。     

磁光光学双稳态

本文报道一种磁光光学双稳态装置。该装置使用的磁光调制器是由新型磁性玻璃并经特殊设计而成,用该装置完成了光学双稳态实验,并对双稳特性及其有关参数进行了测量,测量结果与理论分析基本相符。     

双弹光级联的差频调制型应力双折射测量

针对光学材料、光学元件的快速、高精度应力测试评估需求，提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射测量方案。应力双折射延迟量和快轴方位角信息被加载到差频弹光调制信号中，运用数字锁相技术同时提取弹光调制的差频信号和基频信号，进一步求解出应力双折射延迟量和快轴方位角。对该新方案的原理进行了分析，并搭建了实验系统，对系统初始偏移值进行了实验定标。采用Soleil-Babinet补偿器完成了测量精度和重复性测试，并完成了施加应力样品的应力双折射测试。实验结果表明，该系统的延迟量测量精度为2.3%，延迟量测量重复性为0.032 nm，双折射测量重复性为0.17 nm/cm。此外，单数据点测量时间不超过200 ms。     

迈克耳孙干涉仪旋转样品法测量透明玻璃厚度

使用迈克耳孙干涉仪通过旋转样品测量透明玻璃厚度.与白光干涉原理测薄片厚度不同,实验通过改变在光的传播路径上垂直放置的透明玻璃与光传播方向的角度,使相干光的干涉条纹发生变化,利用干涉条纹与转过角度、透明玻璃厚度之间的关系,通过实验准确测量出透明玻璃的厚度.     

基于矩形波信号的磁光调制偏振测量方法

建立并研究了基于矩形波磁光调制的检偏方法.运用计算机模拟,对矩形波磁光调制的利萨如图形进行了详细考察,研究了其检偏原理,并对其检偏精度进行了分析.研究表明.矩形波磁光调制的利萨如图形由几个离散点组成,通过观察离散点彼此之间是否重合,就可以判断检偏器是否处于消光位置.从而达到检偏的目的.同时,若用电子仪器监测输出信号是否为直流,即可以实现自动检偏.与基于正弦波磁光调制的倍频法相比,矩形波磁光调制方法的检偏精度有了明显提高,并且也容易实现自动测量.     

交变磁场下磁光薄膜动态法拉第效应特性的测量

论述了在交变磁场下测量磁光薄膜动态法拉第效应的原理和方法，利用此方法，在不同的调制磁场强度和频率下测量磁光薄膜的动态法拉第旋转特性，获得了较好的测量结果，并对测量误差进行了分析。     

基于弹光调制的高灵敏旋光测量

为了实现连续稳定、高速、高精度和高灵敏度的光学旋光测量, 考虑到弹光偏振调制技术具有高的调制频率、调制纯度、调制精度和良好的调制稳定度等应用优势, 设计了一种基于弹光调制的旋光测量新方案. 检测激光经起偏器、测量样品、弹光调制器和检偏器到探测器的光路设计, 使得测量系统选用较少的光学器件, 最大化地降低了光学器件可能引入的测量误差; 起偏器和检偏器偏振轴相对于弹光调制器快轴方向分别取0°和45°的光学安排, 并选择弹光调制的二倍频信号作为研究对象, 有效避免了弹光调制器剩余双折射对旋光样品测量的影响, 提高了旋光测量精确度; 将探测器输出调制信号的直流和交流分开输出, 并将交流信号进行前置放大处理, 然后再锁相输出, 进一步提高了测量灵敏度. 设计了将激光调制为圆偏光, 然后精确调节起偏器来替代样品的旋光测量验证试验, 确定了系统旋光测量的比列系数, 并且获得旋光测量灵敏度为3.15×10^-7 rad, 测量精度优于0.3%. 所以, 本方案实现了较高灵敏度旋光测量, 有望应用于高灵敏旋光测量领域, 并且本方案的实验可为高灵敏旋光测量系统的定标提供参考.     

利用光镊技术演示光的自旋角动量

阐述了光与物体相互作用时自旋角动量的传递与扭力矩原理.基于光镊光致旋转原理,利用能够悬浮单个粒子的光镊技术并采用具有双折射特性的CaCO3晶体粒子,设计了微粒在不同偏振光场中的旋转运动实验内容,研究光与双折射晶体粒子相互作用产生的光致旋转效应,观察和测量由自旋角动量引起粒子的扭转力矩的大小、方向以及旋转速度等力学效应.     

磁光玻璃费尔德常数的色散特性研究

本文对磁光玻璃的费尔德常数与工作波长的关系进行了理论分析和实验研究。首先由色散理论导出磁光玻璃的费尔德常数的波长依赖性，然后将ZF1、ZF6磁光玻璃加工成实验样品，测试了不同工作波长下的ZF1、ZF6磁光玻璃材料的费尔德常数，并将实验值和理论值进行了比较，分析误差产生的来源。在文章的最后，推导出费尔德常数的色散特性，讨论了磁光玻璃应用在磁光玻璃光纤电流传感器中存在的问题。     

基于光调制技术的混浊介质空间散射光信号检测方法研究

为提高被测混浊介质样品漫反射、漫透射和准直透射光信号的测量信噪比,首次将光调制技术运用于空间多点特征光信号的检测中。测量系统以调制盘转动频率对样品入射光强进行频率调制,然后对采集的多点光强数据通过离散傅里叶变换进行解调,提取调制频率点的谐波分量作为测量值。用该方法对浓度为8%,直径为0.7μm的聚苯乙烯小球悬浮液进行了实验测试,结果表明该方法能有效提高被测样品特征光信号的测量信噪比,为强噪声背景下混浊介质光学参数研究提供了新的途径和方法。     

光弹性颗粒的线扫描测力方法

提出了基于对光弹颗粒的应力光图进行加载点至圆心的线扫描以测接触力大小的办法.在正交圆偏振光场中获取了光弹颗粒的应力光图的等差条纹图案后,通过数字图像的处理,获取颗粒模型边界,得到颗粒圆心,半径等信息.并从应力光图的平方灰度梯度分布图出发,提出一种能够自动检测颗粒的接触点位置信息的方法.由多点加载的二维圆盘颗粒的光弹性原理,结合接触点位置信息,在力范围内,模拟得到每一种的接触力情况的每一加载点至圆心连线上光强灰度变化.将其与实验光强结果对比,可反推出颗粒接触力的大小.     

火灾烟雾颗粒532 nm光散射矩阵实验研究

基于自主研制的结合偏振调制和锁相检测技术的光散射实验装置,测量了两种典型火灾烟雾颗粒(棉绳阴燃烟雾和正庚烷池火烟雾)及超声雾化水滴颗粒的532 nm光散射矩阵元素随散射角的分布. 通过水滴颗粒测量结果与数值计算结果的比较验证了实验装置的可靠性. 对比分析了棉绳阴燃烟雾和正庚烷池火烟雾光散射矩阵元素随散射角的分布特征,讨论了该特征在颗粒区分上的应用. 研究了烟雾颗粒微观形貌特征对光散射矩阵的影响,发现可以利用Lorenz-Mie理论描述棉绳阴燃烟雾的光散射,表明其形貌为球形,并利用模拟退火拟合的方法得到了棉 关键词： 光散射 散射矩阵 烟雾