层状复合材料中的电光耦合与微位移测量

摘要

电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化的现象，是在外加电场作用下，物体的光学性质所发生的各种变化的统称。电光效应经常用来控制光波的强度、频率、相位、偏振和传播方向，已广泛应用于光开关、双稳态器件、光调制器以及光波导等元件。所以电光材料是一种重要的功能材料。而现有的无机电光聚合薄膜或有机电光晶体，存在加工困难、电光系数小或极化取向稳定性和化学稳定性不高等缺点，所以研究和开发具有较强电光效应的新型材料成为一个有意义的方向。本文将具有应力双折射效应的光学材料PC与具有电致伸缩效应的铁电材料PZT相贴合，通过应力耦合制备了一种结构简单易于制备的复合电光介质。 本文为了研究我们制作的铁电/弹性介质双层复合材料的电光性质，建立了一套复合电光效应综合测试系统，这套系统通过照度计检测材料在不同电场下各点的透光强度来检测材料的电光性质，实验中发现了所研究点随着距PC与PZT胶合面的距离增加电光特性快速衰减，当PZT施加的应力固定时，PC材料中沿PC厚度方向有一个明显的应力梯度，这个现象我们可以通过圣维南原理加以解释，本文从实验和理论两个角度证明了PC中的透光强度随着厚度的衰减是线性的，这种性质在微位移测量方面有着一定的应用前景。本文基于此原理设计制作了一套微位移测量系统，这种测量方法与之前的各种测量方法比较具有小型轻便、成本低、非线性误差小、量程大、易于市场化等优点。 很多因素可以影响复合电光材料的性质，如界面耦合状态、体积分数及各组部的电致伸缩和应力双折射性能，所以我们必须建立与复合材料电光性质变化规律相符的理论模型，本文从弹性力学基本方程出发，利用电致伸缩相与应力双折射相的本构方程，定量分析了弹性耦合条件下圣维南原理对弹性介质内应力分布的影响。对于其他复合材料的乘积效应的研究有一定的借鉴意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 复合电光材料及其性能的研究意义

1．2 复合电光材料与微位移测量

第二章 样品的特性

2．1 压电材料的电致伸缩效应

2．1．1 铁电体

2．1．2 压电陶瓷与电致伸缩效应

2．2 应力双折射效应与材料

2．2．1 应力双折射效应

2．2．2 应力双折射材料

2．2．3 聚碳酸酯的双折射实验

第三章 压电／弹光复合材料应力耦合模型的理论

3．1 应力与应变

3．2 应力、应变的关系

3．3 局部效应的影晌

第四章 压电／弹光层状复合材料电光效应和分析

4．1 实验装置与实验过程

4．2 层状复合材料中的电光耦合的理论推导

第五章 结论与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢