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偏光顯微鏡的光學原理
上海光學 > 技術資料    2012-9-13 9:34:33

偏光顯微鏡是一種具有起倘振器、檢偏振器和補償器等裝置的特殊顯微鏡,它可以用于對于具右各向異性的生物學材料(如纖維蛋白、淀粉粒、紡錘絲等)的觀察和定量工作,而且普遍用于礦構和巖石學中晶體的鑒定。

根據現代波動光學理論,一束光可以被看作是由無數連續的并相互具有10ˉ8S間隔的光量子組成,每一束光波都可以被分解為矢量的振動。一班這種振動發生在與傳播方向垂立的所有方向上,并且在各個方向上的振幅都相等,這種光被稱為非偏振光或天然光。與此相反,只在一個固定的方向上振動的光稱為線性偏振光。偏振光的振動方向和傳播方向所成的平面稱為振動面,通過光軸并與振動方向垂直的平面稱為偏振面,這種光矢量一般被描述為一種圓周運動(順時針或反時針方向),因此這種情況被稱為光的圓周偏振。精確地說這種運動并不完全是圓周運動,而是一種螺旋運動。橢圓偏振是處于線性偏振和圓周偏振之間酌一種情況,也是經常發生的一種類型,而線性偏振和圓周偏振可以被看作是橢圓偏振的兩個極端情況。

當介質中的原于和分子在三維方向上的分布是完全相同時,對于在任何方向上通過介質的光束來說折射率部是相等的,這些物質在光學上放稱為各向同性物質。然而像晶體或動物中的蛋白纖維等許多無機物或有機物,在某種程度上顯示出各個方向上折射牢并不相同的特點,具有這種特性的物質被稱為各向異性物質或雙折射物質。通過這種物質的光被分成在兩個互相垂直的平面上偏振的光,一種是服從通常的折射定律的正常光線(或稱O-光線).另一種是異常光線(或稱E--光線),它具有不同于正常光線的傳播速度和折射率。異常光線的傳播速度隨著通過雙折射材料光線的方向而變化。在任何各向異性的材料中至少可以找到一個方向、在這個方向上O--光線和E--光線的傳播速度相等,這個方向被稱為光軸,當然應該注意這是一個方向而不是一條直線。十分明顯,異常光線的折射率(Ne)和正常光線曲折射率(No)之差隨著入射光與光軸之間的角度而變化。對丁雙折射物質來說它的(Ne—No)的最大值是各向異性材料的一種特性。由于異常光線當它從光軸的方向被偏離時,可以顯示出在速度上的增加或減小,因而雙折射有正負之分。

在方解石這種高程度的雙折射材料中,可以通過把兩束光的一束移開而產生平面偏振光。把以對角線切開酌兩塊方解石斜方六面體用加拿大樹膠粘在一起就構成了著名的尼科耳棱鏡。由于這種粘著物質具有正好在No和Ne之間的折射串,于是在這個分界層上E--光線被透過,而O--光線被反射,并且在棱鏡的變暗面由于吸收而被移開

兩個尼科耳棱鏡當它們的主平團平行時,除了由于吸收相反射的光損失而外,來自第一個棱鏡的偏振光束將不受影響地通過第二個棱鏡。然而當主平面互相垂直時,來門第一個棱鏡的異常光線進入正常光線的振動平面,并且將被反射,在這種情況下使用十字棱鏡的結果是沒有光線迎過第二個棱鏡。因此通過兩個尼科爾棱鏡的光量是它們主要平面之間角度θ的一個函數,當這個角度從0°轉到90°時,透過第二個尼科耳棱鏡的光振動的振幅與cosθ成反比例。

 

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