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奥林巴斯显微镜:双折射光

2013-10-16  发布者:admin 

许多透明固体光学各向同性的,这意味着在所有方向上的折射率等于整个晶格。各向同性固体的例子是玻璃,表中的盐(氯化钠,在图1(a)所示),许多聚合物,和各种各样的有机和无机化合物。

molecules

最简单的立方晶格结构,示出在图1(a),其中所有的钠离子和氯离子都具有均匀的间距排列,沿三个相互垂直的轴的氯化钠的分子模型。每个氯离子周围通过(静电键合)六个单独的钠离子,反之亦然的钠离子。图1(b)中示出的晶格结构表示方解石(碳酸钙),它由钙和碳酸根离子。方解石晶体具有各向异性的晶格光比各向同性晶体在一个完全不同的方式进行交互。在图1(c)所示的聚合物是无定形的,没有任何可识别的结晶结构。聚合物通常具有一定程度的结晶顺序,可能会或可能不会是透光的。

晶体被分类为各向同性或各向异性的光学行为,并根据是否其晶轴是等价的。所有的各向同性的晶体具有等效的轴,与以类似的方式,无论相对于入射光波的晶体取向。进入各向同性晶体的光被折射在一个恒定的角度,并通过在一个单一的速度,而与电子元器件的晶格相互作用极化晶体。

另一方面,各向异性晶体的结晶学轴和互动的光的方式,取决于相对于入射光的方向的晶格。当光进入各向异性晶体光轴,它的行为的方式类似的相互作用具有各向同性的晶体,通过在一个单一的速度。然而,当光入射的非相当于轴,它被折射到两条射线偏振光的振动方向彼此成直角定向,并以不同的速度。这种现象被称为“  “或” 双向 “的折射,被看作是一个或多或少各向异性晶体。

crystalpencil

也许发生双折射的最具戏剧性的示范有碳酸钙(方解石)晶体,如在图2中示出。图2中的方解石菱面体解理块产生两个图像,当它被放置在蓝色铅笔。显示的图像之一,因为你通常会想到在观察物体时,通过透明玻璃或各向同性晶体。其他铅笔的形象出现流离失所,由于双折射光的性质。当各向异性晶体的光折射,以不同的速度所产生的射线偏振光和旅行,如上所述。在每一个方向以相同的速度行进的光线通过晶体被称为普通的射线。其他射线行进速度取决于在晶体内的传播方向。这种光线被称为非凡的射线。分离普通和非凡的射线之间的距离随着晶体的厚度增加。两个独立的折射率的各向异性晶体量化在其双折射的折射率差的措施。因此,一个晶体双折射(,通常被称为δ,或Δ)被定义为

B = |nhigh - nlow|

nhigh是最大的折射率和nlow是最小的。此表达式成立的异常传播的光波沿着光轴的晶体的各向异性晶体的任何部分或片段。正如我们上面提到的,双光通过各向异性晶体折射面向互相垂直极化普通和非凡的光波的振动方向极化。现在我们可以研究如何各向异性晶体在偏光显微镜下的行为偏振光照明。图3示出了在两个偏振器之间的振动方向彼此垂直的(和取向的偏振器和分析器标签旁边的箭头)下的双折射晶体。

opticalbirefringence

白色光进入左方的偏振器的偏振取向在由箭头所示的方向(下偏振器标签)和任意表示的“红色”正弦光波。接着,偏振光进入折射,并分割成两个独立的元件振动平行的晶轴相互垂直的(任意的,“蓝色”和“红”光波)的各向异性晶体。偏振光波,然后通过分析仪(其偏振分析仪标签按箭头所示的位置),仅通过分析仪的偏振方向平行的光的波的那些组件。相对于另一条光线的相位差表示ΔN× ,普通和特殊的光线折射各向异性晶体之间的速度差。

现在,让我们更仔细地审查双折射各向异性晶体与偏振光在光学显微镜。通过我们的主体材料是一个假设的四方晶系晶体,具有光轴的晶体的长轴方向平行。光线进入晶体的偏振器将前往垂直于光轴的晶体的光(长 ​​)。图4示出的晶体,因为它会出现在交叉偏振照明下的显微镜的目镜。显微镜的偏振器的轴在图4中的每个部分,由一个P表示,在东-西的方向的方向。显微镜分析仪的轴线是表示,由,在南北方向上取向。这些轴是相互垂直的,并通过目镜观察时没有双折射晶体插入导致一个完全暗场。图4(a)示出具有长(光学)轴取向平行于偏振器的方向的各向异性的双折射晶体。

vectors

在这种情况下,通过偏振器的光,并且随后通过晶体,是在一个平面上,平行于偏振器的方向振动。有从分析仪的光通过没有贡献(这是由于单一的光的振动方向 - 平行于偏振器),从而在晶体中是非常暗的,几乎看不见。在图4(a)的晶体是不完全灭绝(因为这将是在交叉的偏振器之间),但通过红色光的一小部分。这样做仅作说明用途,让游客注意晶体的位置。

显微镜古典指这个方向作为一个位置灭绝的晶体。此重要的是在确定的折射率各向异性材料,用偏光显微镜观察。通过除去划线偏光显微镜分析仪,允许单方向振动的光通过偏振器与只有一个电气部件中的双折射材料(晶体)。这允许一个单一的折射率测量的偏析。的其它的材料的折射率可以通过起偏器的旋转90度,然后进行测量。

在图4(b),其中的长的(光)光轴的晶体现在定位成一角度(α)相对于偏振器的情况是非常不同的在这种情况下通过偏振器接收的光的一部分被传递到分析仪。以定量分析仪的光通过量,我们可以应用简单的矢量分析,来解决这个问题。第一步是要找到从偏振片Ø É(参见图4(b)的贡献---这些都是任意指定的普通股(O)射线和非凡()射线福斯特所描述的方法类似) 。这是通过滴到偏振器的轴的矢量的预测。此方法假定1 Ø É,这是成正比的实际普通和非凡的射线强度的任意值从偏振片的贡献öe中示出用红色箭头指定的xy的偏光片上的轴(P),图4(b)。这些长度Ø É上的载体(也作为载体上的红色箭头所示),然后测量产生结果R' 这是预计到分析仪的轴(A)的绝对值R正如我们上面讨论的,在分析仪上轴ŗ分析仪的光通过的量成比例。这表明,一些从偏振片的光穿过分析仪,双折射晶体显示的亮度的一些命令。

的双折射材料的最大亮度显示时长(光纤)的晶体轴的方向以45度角的偏振器和分析器,在图4(c)所示。Ø É向量的预测跌落到偏振轴(P)确定这些载体的偏振片的贡献。当这些突起的载体上(再次在载体上的红色箭头),完成计算所得到的值R'的矩形,然后测量,我们发现的最大可能的贡献,通过在本系统中的分析仪的光。此方法适用于任何晶体的取向,因为相对于偏振器和分析器轴öe总是相互成直角,与唯一的区别是ö ë键的方向,相对于晶轴。

为了进一步研究这种现象,我们邀请您来参观我们的互动的Java教程,探讨了通过的光量时,它是通过一个双折射晶体之间旋转偏光器和分析仪,偏光显微镜。请使用本教程中的链接导航的Java文本框中。

现在,我们将考虑普通和特殊光线的相位关系和速度之间的差异后,他们通过水晶具有双折射。在这些光线的方向,使它们彼此成直角振动。每条射线会遇到一个稍微不同的电气环境(折射率),因为它进入晶体,这将影响速度射线穿过晶体。由于折射率的差异,射线通过晶体,以较慢的速度比其他射线。换言之,速度较慢的射线滞后相对于更快的射线。此相位差可以被量化,使用下面的公式

Retardation (Γ) = thickness (t) × birefringence (B) 
or 
Γ = t × |nhigh - nlow|

其中,Γ是定量的相位差的材料,的双折射晶体的厚度(或材料),是如上所定义的双折射。的相位差值的贡献的因素是环境中看到的正常和非常光线和样品的厚度折射率的差异的大小。显然,在任一的折射率或厚度,相位差的程度越大的差异越大。矿物方解石的早期临床观察表明较厚的方解石晶体造成更大的差异,通过图2中所示的晶体中看到的图像的分割。这与上面的公式,指出迟缓会随着晶体(或样品)的厚度。

当普通和特殊光线产生的双折射晶体,他们仍然在正确的角度振动尊重彼此。然而,这些波的组成部分,通过分析仪,如上述图3中所示,在同一平面内振动。因为一个波的波之间发生滞后相对于给对方,干扰(或长或相消),因为他们通过分析仪。最终的结果是,一些双折射样品取得观察时,在交叉的偏振器的白光通过利用不同颜色。这将在偏振光显微镜对一节中更详细地讨论的

michel

定量双折射样品中看到的颜色通常是通过上述图5中所示的的米歇尔征收图表。从该曲线图中是显而易见的,偏振显微镜中看到的颜色可以是相关的与实际相位差,厚度,和双折射的试样。下图是简单易用的双折射样品,如果你知道两三个变量。当样品被放置在显微镜和旋转的位置的最大亮度的交叉的偏振器之间,由样品产生的颜色可以被跟踪的相位差轴找到样品之间的正常和异常光线的波长差。另外,通过测量样品的折射率,并计算它们的差(双折射(B),可以发现沿图表顶部的双折射值的样本的颜色。通过外推成角度的纵轴线,还可以计算样品的厚度。

米歇尔-列维图表的底部区域标志着迟缓的订单约550纳米的倍数。在0和550纳米之间的区域被称为一阶偏振颜色,发生在550纳米区域的品红色,通常被称为一阶的红色550纳米到1100纳米之间的颜色被称为二阶颜色等了图表。开始时的黑色的颜色图表被称为零阶黑色大多数米歇尔-列维图绘制高阶色彩的第五或第六的顺序。

最敏感的区域的图表是一阶红色(550纳米),因为即使是微小的延迟变化导致的颜色转移显着青色或黄色。许多显微镜制造商提供一个全波相位差板的偏光显微镜帮助科学家确定双折射材料的属性一阶红补偿,利用这种敏感性