偏光显微镜的光学原理
上海光学 > 技术资料    2012-9-13 9:34:33

偏光显微镜是一种具有起倘振器、检偏振器和补偿器等装置的特殊显微镜,它可以用于对于具右各向异性的生物学材料(如纤维蛋白、淀粉粒、纺锤丝等)的观察和定量工作,而且普遍用于矿构和岩石学中晶体的鉴定。

根据现代波动光学理论,一束光可以被看作是由无数连续的并相互具有10ˉ8S间隔的光量子组成,每一束光波都可以被分解为矢量的振动。一班这种振动发生在与传播方向垂立的所有方向上,并且在各个方向上的振幅都相等,这种光被称为非偏振光或天然光。与此相反,只在一个固定的方向上振动的光称为线性偏振光。偏振光的振动方向和传播方向所成的平面称为振动面,通过光轴并与振动方向垂直的平面称为偏振面,这种光矢量一般被描述为一种圆周运动(顺时针或反时针方向),因此这种情况被称为光的圆周偏振。精确地说这种运动并不完全是圆周运动,而是一种螺旋运动。椭圆偏振是处于线性偏振和圆周偏振之间酌一种情况,也是经常发生的一种类型,而线性偏振和圆周偏振可以被看作是椭圆偏振的两个极端情况。

当介质中的原于和分子在三维方向上的分布是完全相同时,对于在任何方向上通过介质的光束来说折射率部是相等的,这些物质在光学上放称为各向同性物质。然而像晶体或动物中的蛋白纤维等许多无机物或有机物,在某种程度上显示出各个方向上折射牢并不相同的特点,具有这种特性的物质被称为各向异性物质或双折射物质。通过这种物质的光被分成在两个互相垂直的平面上偏振的光,一种是服从通常的折射定律的正常光线(或称O-光线).另一种是异常光线(或称E--光线),它具有不同于正常光线的传播速度和折射率。异常光线的传播速度随着通过双折射材料光线的方向而变化。在任何各向异性的材料中至少可以找到一个方向、在这个方向上O--光线和E--光线的传播速度相等,这个方向被称为光轴,当然应该注意这是一个方向而不是一条直线。十分明显,异常光线的折射率(Ne)和正常光线曲折射率(No)之差随着入射光与光轴之间的角度而变化。对丁双折射物质来说它的(Ne—No)的最大值是各向异性材料的一种特性。由于异常光线当它从光轴的方向被偏离时,可以显示出在速度上的增加或减小,因而双折射有正负之分。

在方解石这种高程度的双折射材料中,可以通过把两束光的一束移开而产生平面偏振光。把以对角线切开酌两块方解石斜方六面体用加拿大树胶粘在一起就构成了著名的尼科耳棱镜。由于这种粘着物质具有正好在No和Ne之间的折射串,于是在这个分界层上E--光线被透过,而O--光线被反射,并且在棱镜的变暗面由于吸收而被移开

两个尼科耳棱镜当它们的主平团平行时,除了由于吸收相反射的光损失而外,来自第一个棱镜的偏振光束将不受影响地通过第二个棱镜。然而当主平面互相垂直时,来门第一个棱镜的异常光线进入正常光线的振动平面,并且将被反射,在这种情况下使用十字棱镜的结果是没有光线迎过第二个棱镜。因此通过两个尼科尔棱镜的光量是它们主要平面之间角度θ的一个函数,当这个角度从0°转到90°时,透过第二个尼科耳棱镜的光振动的振幅与cosθ成反比例。