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顯微鏡:偏光觀察法

2013-10-16  發布者:admin 

偏光觀察法(Pol.)主要用來研究各向異性材料的一些特性。偏光顯微鏡與生物顯微鏡的主要區別在於具有偏振元件、波片、補償器及勃氏鏡等特殊組件。
A> 偏振元件:
自然光通過某個光學元件後轉換成某種形式的偏振光,這種元件稱為偏振元件。更確切的說,應稱為起偏振器。常用的起偏振器可用來使自然光轉換成直線偏振光。它們是利用反射與折射,雙折射
和二向色性(或稱選擇吸收)的原理製成的。
利用反射與折射產生偏振光的元件由玻璃片堆組成;利用雙折射產生偏光的元件由兩塊晶軸方向不同的晶體棱鏡膠合而成。這兩種方法製造成本比較高。
最常用的則是利用二向色性材料產生偏振光。例如:把一片清潔的聚乙烯醇薄膜浸在碘溶液裏,在較高的溫度下拉伸,取出後烘幹製成偏振薄膜,把其膠合在兩塊平行度都較好的薄玻璃中,就成為了一塊偏振片。

下圖形象地表示了自然光轉換成直線偏振光的示意圖:

直線偏振光

同樣的偏振片所處的位置不同名稱也不同,如處於聚光鏡前麵的稱為起偏振片,用來產生偏振光。位於物鏡和目鏡之間的稱為驗偏振片,用於分析偏振光。

 

B> 雙折射

晶體表麵各向異性材料,如:晶體,它們都具有雙折射性能。光線射入的晶體,除了同晶體的晶軸(常稱為光軸)同方向的光線不發生雙折射外,其餘方向的光線均產生雙折射現象。

如左圖:一根光線垂直射向晶體表麵進入晶體後分成兩根光線其中一根光線方向不變,垂直晶體另一表麵射出,稱O 光;另一根光線在晶體第一表麵就發生折射,然後仍垂直晶體另一表麵射出,稱為e 光。這就是雙折射。
同樣,入射光線傾斜入射晶體,也會產生雙折射。
常常將O 光,e 光的折射率差(n0-ne)作為雙折射的光量量度。若晶體厚度為d, 則(n0-ne)d=Δ,Δ 稱為光程差。

 

偏光顯微鏡的原理圖左圖為偏光顯微鏡的原理圖:
圖中:
1.起偏振片 2. 聚光鏡 3. 標本 4.物鏡 5. 驗偏振片 6. 目鏡
自然光經起偏振片後以直線偏振光射向聚光鏡並照明標本。
若此標本是各向異性的物體,那麽每根偏振光經過標本後就會產生雙折射而變成兩根光線,它們再經物鏡及驗偏振片後幹涉成像。如果這個標本不是單一的各向異性物體,那麽標本各部位具有不同的光程差,於是幹涉像各處呈現不同的幹涉色。

 

 

 

 

 

由幹涉色可推知光程差,若晶體厚度已知的話,則進一步推算出雙折射(n0-ne),於是可以確定標本是什麽材料。
起偏振片與驗偏振片的透射軸常常互為90º 放置(正交),如果標本是各向同性材料,則視場中漆黑一片。如果標本是各向異性材料,那麽視場將會變亮,轉動其中一個偏振片,使之再次變暗,從轉動角度可以推知標本屬於何種旋光特性材料。

 

C> 波片:
波片是使光波經過它們後能對兩個相互垂直方向的振動增加一個固定的位相差。位相差為1/4λ 稱為1/4 波片,位相差為1/2λ 稱為1/2 波片,位相差為λ 稱為全波片。
這些組件中常常標誌出快軸的方向。所謂快軸是指光波沿著快軸傳播得快,因此該方向的折射率最低。與快軸互為垂直的是慢軸,該方向的折射率最高。


1) 1/4 波片
1/4 波片常把直線偏振光轉換成圓偏振光。當入射的直線偏振光振動的方向與波片的快軸成45 度時,轉換成圓偏振光。其餘角度為橢圓偏振光。見下圖,

偏振光

 

2) 1/2 波片
1/2 波片是使直線偏振光的振動方向改變。例如,當直線偏振光的振動方向與1/2 波片的快軸為90度時,則位相差改變為180 度,振動方向轉動了90 度。見下圖:

直線偏振光的振動方向改變

 

3) 全波片
在生物標本中,有時雙折射很弱,幹涉色常處於黑與灰黑之間,不足以區分。實驗證明,當光程差在0.5—0.6 微米之間,幹涉色變化最靈敏,這種場合下,可插入全波片,讓其附加0.56 微米的光程差,使幹涉色豔麗地呈現出來。

生物標本 生物標本

4) 補償器:
補償器與波片的區別是前者相位差能連續可變,後者則是固定不變。補償器可用兩個光軸平行的石英楔和一個與石英楔光軸垂直的石英平板組成。利用測微鼓輪可以移動一個石英楔,由此改變位相差。

D> 勃氏鏡:
勃氏鏡是將物鏡的後焦麵成像在目鏡的焦平麵上,供目視觀察物鏡後焦麵的幹涉圖樣。它設計成根據需要可以方便地移入光路中或移出光路。
偏光顯微鏡除了具備上述特殊組件外,對生物顯微鏡中原有的光學組件還有特殊要求。


E> 物鏡:
物鏡是由許多各向同性的光學玻璃組成。如果這些玻璃存在內應力,或者有外界施加的機械力(如包邊,膠合等),就會產生雙折射,(應力)。破壞了正交的偏振狀態,所以,物鏡必須消除應力,物鏡外轂上刻有Pol 標記以示區別。


F> 聚光鏡:
與物鏡一樣,必須消除應力。


G> 工作台:
使用時,由於物體常需繞物鏡光軸旋轉,因此采用圓工作台,其四周帶有360 度等分的精確刻度,格值為1 度,還帶有遊標讀數,以提高讀數的精度。
旋轉時,物體必須仍在目視視野中,工作台的旋轉中心跳動量必須在3—5 微米內。
有時為了精確計算出光程差,物體的移動量必須高精度地控製。因此,對X.Y 向移動的精度須有定量指示。


H> 轉換器:
物體應位於物鏡的光軸上,這樣才能保證物體移動時不會越出視場。因此轉換器孔的中心必須可調,


I> 雙目鏡筒:
—對於鉸鏈式雙目鏡筒其分光膜必須具有消偏振特性,這樣才能保證改變瞳距時,左右鏡筒中的圖像的顏色和亮度不變。
—目鏡管帶有連動機構及限位裝置,改變瞳距時確保目鏡分劃板的水平線位置不變。


J> 目鏡:
—帶有十字分劃板,視度可調。
—帶有固定十字分劃板水平線的限位機構。



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