偏光显微镜原理

一、单折射性与双折射性 光线通过某一物质时,如光的性质和进路不因照射方向而改变, 这种物质在光学上就具有“各向同性”,又称单折射体,如普通气 体、液体以及非结晶性固体;若光线通过另一物质时,光的速度、折 射率、吸收性和光皮的振动性、振幅等因照射方向而有不同,这种物 质在光学上则具有“各向异性”,又称双折射体,如晶体、纤维等。 二、光的偏振现象 光波根据振动的特点,可分为自然光与偏光。自然光的振动特点 是在垂直光波传导轴上具有许多振动面,各平面上振动的振幅相同, 其频率也相同;自然光经过反射、折射、双折射及吸收等作用,可以 成为只在一个方向上振动的光波,这种光波则称为“偏光”或“偏振 光”。 三、偏光的产生及其作用 偏光显微镜最重要的部件是偏光装置——起偏器和检偏器。过去 两者均为尼科尔(Nicola)棱镜组成,它是由天然的方解石制作而成, 但由于受到晶体体积较大的限制,难以取得较大面积的偏振,近来偏 光显微镜则采用人造偏振镜来代替尼科尔梭镜。 人造偏振镜是以硫 酸喹啉又名 Herapathite 的晶体制作而成,呈绿橄榄色。当普通光通 过它后,就能获得只在一直线上振动的直线偏振光。 偏光显微镜有 两个偏振镜,一个装置在光源与被检物体之间的叫“起偏镜”;另一 个装置在物镜与目镜之间的叫“检偏镜”,有手柄伸手镜筒或中间附 件外方以便操作,其上有旋转角的刻度。 从光源射出的光线通过两 个偏振镜时,如果起偏镜与检偏镜的振动方向互相平行,即处于“平 行检偏立”的情况下,则视场最为明亮。反之,若两者互相垂直,即 处于“正交校偏位”的情况下,则视场完全黑暗,如果两者倾斜,则 视场表明出中等程度的亮度。由此可知,起偏镜所形成的直线偏振

光,如其振动方向与检偏镜的振动方向平行,则能完全通过;如果偏 斜,则只以通过一部分;如若垂直,则完全不能通过。因此,在采用 偏光显微镜检时,原则上要使起偏镜与检偏镜处于正交检偏位的状态 下进行。

四、正交检偏位下的双折射体 在正交的情况下,视场是黑暗的,如果被检物体在光学上表现为 各向同性(单折射体),无论怎样旋转载物台,视场仍为黑暗,这是 因为起偏镜所形成的直线偏振光的振动方向不发生变化,仍然与检偏 镜的振动方向互相垂直的缘故。若被检物体中含有双折射性物质,则 这部分就会发光,这是因为从起偏镜射出的直线偏振光进入双折射体 后,产生振动方向互相垂直的两种直线偏振光,当这两种光通过检偏 镜时,由于互相垂直,或多或少可透过检偏镜,就能看到明亮的象。 光线通过双折射体时,所形成两种偏振光的振动方向,依物体的种类 而有不同。 双折射体在正交情况下,旋转栽物台时,双折射体的象在 360° 的旋转中有四次明暗变化,每隔 90°变暗一次。变暗的位置是双折射 体的两个振动方向与两个偏振镜的振动方向相一致的位置,称为“消 光位置”从消光位置旋转 45°,被检物体变为最亮,这就是“对角位 置”,这是因为偏离 45°时,偏振光到达该物体时,分解出部分光线 可以通过检偏镜,故而明亮。根据上述基本原理,利用偏光显微术就 可能判断各向同性(单折射体)和各向异性(双折射体)物质。 五、干涉色 在正交检偏位情况下,用各种不同波长的混合光线为光源观察双 折射体,在旋转载物台时,视场中不仅出现最亮的对角位置,而且还 会看到颜色。出现颜色的原因,主要是由干涉色而造成(当然也能被 检物体本身并非无色透明)。干涉色的分布特点决定于双折射体的种 类和它的厚度,是由于相应推迟对不同颜色光的波长的依赖关系,如

果被检物体的某个区域的推迟和另一区域的推迟不同,则透过检偏镜 光的颜色也就不同。

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