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显微镜:偏光观察法

2013-10-16  发布者:admin 

偏光观察法(Pol.)主要用来研究各向异性材料的一些特性。偏光显微镜与生物显微镜的主要区别在于具有偏振元件、波片、补偿器及勃氏镜等特殊组件。
A> 偏振元件:
自然光通过某个光学元件后转换成某种形式的偏振光,这种元件称为偏振元件。更确切的说,应称为起偏振器。常用的起偏振器可用来使自然光转换成直线偏振光。它们是利用反射与折射,双折射
和二向色性(或称选择吸收)的原理制成的。
利用反射与折射产生偏振光的元件由玻璃片堆组成;利用双折射产生偏光的元件由两块晶轴方向不同的晶体棱镜胶合而成。这两种方法制造成本比较高。
最常用的则是利用二向色性材料产生偏振光。例如:把一片清洁的聚乙烯醇薄膜浸在碘溶液里,在较高的温度下拉伸,取出后烘干制成偏振薄膜,把其胶合在两块平行度都较好的薄玻璃中,就成为了一块偏振片。

下图形象地表示了自然光转换成直线偏振光的示意图:

直线偏振光

同样的偏振片所处的位置不同名称也不同,如处于聚光镜前面的称为起偏振片,用来产生偏振光。位于物镜和目镜之间的称为验偏振片,用于分析偏振光。

 

B> 双折射

晶体表面各向异性材料,如:晶体,它们都具有双折射性能。光线射入的晶体,除了同晶体的晶轴(常称为光轴)同方向的光线不发生双折射外,其余方向的光线均产生双折射现象。

如左图:一根光线垂直射向晶体表面进入晶体后分成两根光线其中一根光线方向不变,垂直晶体另一表面射出,称O 光;另一根光线在晶体第一表面就发生折射,然后仍垂直晶体另一表面射出,称为e 光。这就是双折射。
同样,入射光线倾斜入射晶体,也会产生双折射。
常常将O 光,e 光的折射率差(n0-ne)作为双折射的光量量度。若晶体厚度为d, 则(n0-ne)d=Δ,Δ 称为光程差。

 

偏光显微镜的原理图左图为偏光显微镜的原理图:
图中:
1.起偏振片 2. 聚光镜 3. 标本 4.物镜 5. 验偏振片 6. 目镜
自然光经起偏振片后以直线偏振光射向聚光镜并照明标本。
若此标本是各向异性的物体,那么每根偏振光经过标本后就会产生双折射而变成两根光线,它们再经物镜及验偏振片后干涉成像。如果这个标本不是单一的各向异性物体,那么标本各部位具有不同的光程差,于是干涉像各处呈现不同的干涉色。

 

 

 

 

 

由干涉色可推知光程差,若晶体厚度已知的话,则进一步推算出双折射(n0-ne),于是可以确定标本是什么材料。
起偏振片与验偏振片的透射轴常常互为90º 放置(正交),如果标本是各向同性材料,则视场中漆黑一片。如果标本是各向异性材料,那么视场将会变亮,转动其中一个偏振片,使之再次变暗,从转动角度可以推知标本属于何种旋光特性材料。

 

C> 波片:
波片是使光波经过它们后能对两个相互垂直方向的振动增加一个固定的位相差。位相差为1/4λ 称为1/4 波片,位相差为1/2λ 称为1/2 波片,位相差为λ 称为全波片。
这些组件中常常标志出快轴的方向。所谓快轴是指光波沿着快轴传播得快,因此该方向的折射率最低。与快轴互为垂直的是慢轴,该方向的折射率最高。


1) 1/4 波片
1/4 波片常把直线偏振光转换成圆偏振光。当入射的直线偏振光振动的方向与波片的快轴成45 度时,转换成圆偏振光。其余角度为椭圆偏振光。见下图,

偏振光

 

2) 1/2 波片
1/2 波片是使直线偏振光的振动方向改变。例如,当直线偏振光的振动方向与1/2 波片的快轴为90度时,则位相差改变为180 度,振动方向转动了90 度。见下图:

直线偏振光的振动方向改变

 

3) 全波片
在生物标本中,有时双折射很弱,干涉色常处于黑与灰黑之间,不足以区分。实验证明,当光程差在0.5—0.6 微米之间,干涉色变化最灵敏,这种场合下,可插入全波片,让其附加0.56 微米的光程差,使干涉色艳丽地呈现出来。

生物标本 生物标本

4) 补偿器:
补偿器与波片的区别是前者相位差能连续可变,后者则是固定不变。补偿器可用两个光轴平行的石英楔和一个与石英楔光轴垂直的石英平板组成。利用测微鼓轮可以移动一个石英楔,由此改变位相差。

D> 勃氏镜:
勃氏镜是将物镜的后焦面成像在目镜的焦平面上,供目视观察物镜后焦面的干涉图样。它设计成根据需要可以方便地移入光路中或移出光路。
偏光显微镜除了具备上述特殊组件外,对生物显微镜中原有的光学组件还有特殊要求。


E> 物镜:
物镜是由许多各向同性的光学玻璃组成。如果这些玻璃存在内应力,或者有外界施加的机械力(如包边,胶合等),就会产生双折射,(应力)。破坏了正交的偏振状态,所以,物镜必须消除应力,物镜外毂上刻有Pol 标记以示区别。


F> 聚光镜:
与物镜一样,必须消除应力。


G> 工作台:
使用时,由于物体常需绕物镜光轴旋转,因此采用圆工作台,其四周带有360 度等分的精确刻度,格值为1 度,还带有游标读数,以提高读数的精度。
旋转时,物体必须仍在目视视野中,工作台的旋转中心跳动量必须在3—5 微米内。
有时为了精确计算出光程差,物体的移动量必须高精度地控制。因此,对X.Y 向移动的精度须有定量指示。


H> 转换器:
物体应位于物镜的光轴上,这样才能保证物体移动时不会越出视场。因此转换器孔的中心必须可调,


I> 双目镜筒:
—对于铰链式双目镜筒其分光膜必须具有消偏振特性,这样才能保证改变瞳距时,左右镜筒中的图像的颜色和亮度不变。
—目镜管带有连动机构及限位装置,改变瞳距时确保目镜分划板的水平线位置不变。


J> 目镜:
—带有十字分划板,视度可调。
—带有固定十字分划板水平线的限位机构。