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

. (1.3)

С известен как вектор Пойнтинга и его направление — это на правление потока энергии. Средняя скорость потока энергии через единицу площади, обычно называемая интенсивностью, определяется среднеквадратическими значениями Ε и Н. Для плоской волны полезным соотношением является отношение Ε к H, оно называется внутренним импедансом среды Ζ0. Для плоской волны, поляризован ной в направлении х, импеданс равен