應力雙折射

　　透明的固體媒質在壓力或張力的作用下，折射率特性會發生改變。若媒質是光學各向同性的，那麼外力的作用就使它成瞭各向異性的，會產生雙折射。若媒質本來就是光學各向異性的晶體，那麼外力作用會使它產生一個附加的雙折射，這一現象稱為應力雙折射，也稱為機械雙折射或光測彈性效應。T.J.塞貝克在1813年和D.佈儒斯特在1816年最早研究瞭這一現象。

　　常以折射率橢球方程描述晶體的光學特性。在主軸坐標系中，折射率橢球方程可以寫為

。 (1)

當有外力作用於媒質時，折射率橢球方程變為

a₁x²+a₂y²+a₃z²+a₄yz+a₅xz+a₆xy＝1。 (2)

式(2)與式(1)相比各項系數之差與各應力分量成正比，

， (3)

其中p₁，p₂，…，p₆分別表示各應力分量p_xx、p_yy、p_zz、p_yz、p_xz、p_xy，前三個為法向應力，後三個為切向應力；n_i為晶體中各折射率分量，n₁＝n_x，n₂＝n_y，n₃=n_z，n₄=n₅=n₆=0。系數q_ij稱為應力光學常數，可用一個6×6的矩陣表示，其中有些矩陣元可能為零，有些彼此相關。同一類型的晶體非零矩陣元以及各矩陣元之間的關系是相同的，而每個矩陣元的數值則因材料而異。

　　各向同性材料，情況要簡單得多。若將受力T作用的各向同性材料M放在兩正交偏振器P與A之間(如圖)，取光傳播方向為z軸，材料在z軸方向長度為l，力與z軸垂直。光通過M後，兩偏振分量的位相差近似為

(4)

式中p為應力，k為與應力光學常數及媒質折射率n有關的物質常數。由式(4)可見，位相差δ 是波長的函數。若以白光照明，迎著z所指的方向觀察，可以看到彩色的偏振光幹涉圖樣。借助補償器B可測量應力雙折射的大小。

　　利用這一裝置，在不加外力的條件下，可檢驗光學材料的內應力。在工程上，可用應力雙折射效應觀察各力學結構的應力分佈。為此可用各向同性的透明的應力光敏材料做成縮小的模型，在正交偏振器間觀察偏振光的幹涉圖樣。同樣，也可用這一方法檢查機械零件在加負載狀態下的應力分佈。利用應力雙折射效應可以做成可調的壓光補償器或壓光調制器。材料可選用熔石英或氟化鋰。