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正交偏光显微镜简介

正交偏光显微镜简介

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偏光显微镜(Polarizing microscope)是用于研究所谓透明与不透明各向异性材料的一种显微镜,在地质学等理工科专业中有重要应用。凡具有双折射的物质,在偏光显微镜下就能分辨的清楚。偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器,可用来进行单偏光观察,正交偏光观察,锥光观察。

偏光显微镜

偏光显微镜

 

偏光显微镜是目前研究材料晶相显微结构最有效的工具之一。随着科学技术的发展,偏光显微镜技术在不断地改进中,镜下的鉴定工作逐步由定性分析发展到定量鉴定,为显微镜在各个科学领域中的应用开辟了广阔的前景。

 

偏光显微镜基本原理

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”。

光的偏振现象

光的偏振

 

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。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”。 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。

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。

 

正交偏光显微镜下的晶体光学性质

所谓正交偏光显微镜,就是下偏光镜和上偏光镜联合使用,并且两偏光镜的振动面处于互相垂直位置。为了观察方便,要使两偏光镜的振动方向严格与目镜“东西”、“南北”十字丝一致。在正交偏光镜下观察时,入射光是近于平行的光束,故又称为平行正交偏光显微镜镜。

在正交偏光镜的物台上,如不放任何晶体光片时,其视域是黑暗的。因为光通过下偏光镜,其振动方向被限制在下偏光镜的振动面PP内,当PP方向振动的光到达上偏光镜AA时,由于两振动方向互相垂直,光无法通过上偏光镜,所以视域是黑暗的。 若在正交偏光显微镜下的物台上放置晶体光片,由于晶体的性质和切片方向不同,将出现消光和干涉等光学现象。

正交偏光显微镜下的晶体光学性质

正交偏光显微镜下的晶体光学性质

 

消光现象

晶体在正交偏光显微镜下呈现黑暗的现象,称为消光现象。消光现象包括全消光和四次消光两种。

在正交偏光显微镜下放均质体任意方向切片和非均质体垂直光轴的切片,由于这两种切片的光率体切面皆为圆切面,光波垂直这种切片入射时,不发生双折射,也不改变入射光的振动方向。这种消光现象称为全消光。非晶体、等轴晶系的晶体和非均质晶体垂直光轴的切片均为全消光。

在正交偏光显微镜下放上非均质体其它方向的切片,由于这种切片的光率体切面均为椭圆, 当椭圆切面的长、短半径与上、下偏光镜的振动方向(PP、AA)一致时,从下偏光镜透出的振动方向平行PP的偏光,可以透过晶体而不改变原来的振动方向。。旋转物台360°,晶体切片上的光率体椭圆半径与上、下偏光镜的振动方向有四次平行的机会(即消光位),故晶体出现四次消光现象。

 

偏光显微镜的结构

偏光显微镜的结构

1.目镜 2.镜筒 3.勃氏镜 4.粗动手轮 5.微调手轮 6.镜臂 7.镜座 8.上偏光镜 9.试板孔 10.物镜 11.载物台 12.聚光镜 13.锁光圈 14.下偏光镜 15.反光镜

 

镜臂:呈弓形,其下端与镜座相联,上部装有镜筒。

反光镜:是一个拥有平、凹两面的小圆镜,用于把光反射到显微镜的光学系统中去。当进行低倍研究时,需要的光量不大,可用平面镜,当进行高倍研究时,使用凹镜使光少许聚敛,可以增加视域的亮度。

下偏光镜:位于反光镜之上、从反光镜反射来的自然光,通过下偏光镜后,即成为振动方向固定的偏光,通常用PP代表下偏光镜的振动方向。下偏光镜可以转动,以便调节其振动方向。

锁光圈:在下偏光镜之上。可以自由开合,用以控制进入视域的光量。  聚光镜:在锁光圈之上。它是一个小凸透镜,可以把下偏光镜透出的偏光聚敛而成锥形偏光。聚光镜可以自由安上或放下。

载物台:是一个可以转动的圆形平台。边缘有刻度(0-360°),附有游标尺,读出的角度可精确至1/10度。同时配有固定螺丝,用以固定物台。物台中央有圆孔,是光线的通道。物台上有一对弹簧夹,用以夹持光片。

镜筒:为长的圆筒形,安装在镜臂上。转动镜臂上的粗动螺丝或微动螺丝可用以调节焦距。镜筒上端装有目镜,下端装有物镜,中间有试板孔、上偏光镜和勃氏镜。

物镜:由l-5组复式透镜组成的。其下端的透镜称前透镜,上端的透镜称后透镜。前透镜愈小,镜头愈长,其放大倍数愈大。每台显微镜附有3-7个不同放大倍数的物镜。每个物镜上刻有放大倍数、数值孔径(N.A)、机械筒长、盖玻璃厚度等。数值孔径表征了物镜的聚光能力,放大倍数越高的物镜其数值孔径越大,而对于同一放大倍数的物镜,数值孔径越大则分辨率越高。

目镜:由两片平凸透镜组成,目镜中可放置十字丝、目镜方格网或分度尺等。显微镜的总放大倍数为目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积。

上偏光镜:其构造及作用与下偏光镜相同,但其振动方向(以AA表示)与下偏光镜振动方向(以PP表示)垂直。上偏光镜可以自由推入或拉出。

勃氏镜:位于目镜与上偏光镜之间,是一个小的凸透镜,根据需要可推入或拉出。

此外,除了以上一些主要部件外,偏光显微镜还有一些其他附件,如用于定量分析的物台微尺、机械台和电动求积仪,用于晶体光性鉴定的石膏试板、云母试板、石英楔补色器等。利用偏光显微镜的上述部件可以组合成单偏光、正交偏光、锥光等光学分析系统,用来鉴定晶体的光学性质。

 

正交偏光显微镜的维护保养:

1)搬动、放置及使用显微镜时,动作要轻,防止震动。从镜箱里取出显微镜时,必须手握镜臂,切勿提住微动螺丝以上的任何部位。

2)镜头必须保持清洁,若镜头上有灰尘,则需用擦镜头的软纸擦,切不可用手指或粗纸擦,以防损坏镜头。

3)显微镜的任何附件,应严防坠地或跌落。附件用毕放回原处,禁止随便放在桌上或夹在书中带走。

4)不得随便拆卸显微镜。

5)薄片置于载物台上,需以弹簧夹压紧,盖玻片必须朝上,不得使薄片反置于载物台上。

6)下降镜筒时,切勿使物镜与薄片相撞而损坏镜头和薄片。

7)当校正螺丝失效时,不应强力扭动,应找专业人员维修。

8)用完后,应将上偏光镜、勃氏镜推入镜筒内,以免落入灰尘。在镜筒上如有罩子则需罩上,若无,则需置一目镜,以免灰尘掉入镜筒内。

2017-06-22 11:31:42  浏览次数:5558
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