D4 Polariskopie (Doppelbrechung und Eigenspannung)

Thema

Die in diesem gehärteten Glas vorhandene Restspannung, die durch den in einem anderen Modell dieser Anordnung beschriebenen thermischen oder chemischen Härtungsprozess entsteht, wird in diesem Modell mittels photoelastischer Doppelbrechung gemessen: Glas ohne Restspannung ist optisch isotrop, und Licht breitet sich darin in alle Richtungen mit der gleichen Geschwindigkeit aus. Glas mit Restspannung hingegen verliert diese Eigenschaft. Die Tatsache, dass dieses Glas Restspannung aufweist und nicht spannungsfrei ist, bedeutet, dass sich Licht darin nicht mehr in alle Richtungen gleich ausbreitet.

Dass die Restspannung in diesem Glas diesen Verlust der optischen Isotropie verursacht, beschreibt das photoelastische Gesetz: Licht, das sich parallel zur Restspannung ausbreitet, bewegt sich mit einer anderen Geschwindigkeit als Licht, das sich senkrecht zu derselben Spannung ausbreitet. Dieser Geschwindigkeitsunterschied ist die Doppelbrechung des Glases. Eine größere Restspannung führt gemäß demselben photoelastischen Gesetz zu einer proportional größeren Doppelbrechung. Eine geringere Restspannung führt zu einer proportional geringeren Doppelbrechung.

Die Existenz dieser Doppelbrechung im Glas ermöglicht ihre experimentelle Messung: Beim Durchgang von polarisiertem Licht durch das Glas erzeugt die unterschiedliche Lichtgeschwindigkeit in den beiden Richtungen eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Komponenten des Lichts am Austritt, die als optische Verzögerung gemessen wird. Da diese optische Verzögerung experimentell messbar ist, kann sie durch Anwendung des gleichen photoelastischen Gesetzes in umgekehrter Reihenfolge direkt in die resultierende Restspannung umgerechnet werden.

Dieses Modell mit der Restspannung, mit der es geöffnet wurde, dient daher als wichtige Qualitätskontrolle für ein anderes Modell dieser Reihe, das die thermische oder chemische Vorspannung des Glases beschreibt: Indem dieses Modell die durch den Vorspannungsprozess im Glas entstandene Restspannung zerstörungsfrei misst, lässt sich überprüfen, ob die Vorspannung die gewünschte Größe und Verteilung der Restspannung erreicht hat. Dies schließt auch die Kernspannungszone ein, die, falls sie einen expandierenden Einschluss enthält, zu dem von einem anderen Modell dieser Reihe beschriebenen Spontanbruch führen kann.

ID:4537