偏光显微镜

单折射性：若光线通过某一物质时，无论其从哪个方向照射物体，其传播速率和折射率在各个方向都相等，光的性质和进路不因照射方向而改变，这种物质在光学上具有“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。

双折射性：若光线通过某一物质时，光的速率、折射率、吸收性和偏振、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。当光线入射到晶体中时，会发生双折射和偏光化，分解成两种振动方向互相垂直且传播速率不等的偏光：常光（o光）服从折射定律，沿各方向的传播速率、折射率相同；异常光（e光），不服从折射定律，沿各方向的传播速率、折射率不同。双折射性是晶体的基本特性。

晶体内存在着一个特殊方向，光沿这个方向传播时不产生双折射，即常光和异常光重合，在该方向常光和异常光的折射率相等，光的传播速率相等。这个特殊的方向称为晶体的光轴。“光轴”不是指一条直线，而是强调其“方向”。

光的偏振现象：光波根据振动的特点，可分为自然光与偏振光。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分布相同；自然光经过反射、折射、双折射及吸收等作用，可得到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”。

偏光显微镜（Polarizing microscope）：是利用光在一定条件下的反射，折射，双折射或散射产生偏振光的原理，研究透明与不透明各向异性材料的一种显微镜。偏光显微镜的特点，是通过偏光装置——起偏器和检偏器（最重要的部件）将普通光变为偏振光进行镜检的方法，以鉴别某一物质是单折射性（各向同性）或双折射性（各向异性）。（偏光观察需要透过起偏镜的线偏振光能够保持良好的振动面并一直到达检偏镜，因此为了避免中间的聚光镜和物镜对偏光造成不好的影响，必须使用没有应力的偏光专用物镜。）

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，偏光显微镜则采用人造偏振镜来代替尼科尔梭镜。人造偏振镜是以名为硫酸喹啉的晶体制作而成，呈绿橄榄色。当普通光通过它后，能获得只在一直线上振动的直线偏振光。

透射偏光显微镜：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“平行检偏位”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，则视场呈现中等亮度。即起偏镜所形成的直线偏振光，如果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；如果垂直，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。

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。若被检物体具有双折射特性或含有具双折射特性的物质，则具双折射特性的地方视场变亮，这是因为从起偏镜射出的直线偏振光进入双折射体后，产生振动方向不同的两种直线偏振光，当这两种光通过检偏镜时，由于另一束光并不与检偏镜偏振方向正交，可透过检偏镜，就能使人眼看到明亮的像。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，旋转载物台时，双折射体的像在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。

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（当然也可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，则透过检偏镜的光的颜色也就不同。

明暗场成像原理：晶体薄膜样品明暗场像的衬度（即不同区域的亮暗差别），是由于样品中不同部位的结构或取向的差别而导致衍射强度的差异，因此称其为衍射衬度，以衍射衬度机制为主而形成的图像称为衍衬像。如果只允许透射束通过物镜光栏成像，称其为明场像；如果只允许某支衍射束通过物镜光栏成像，则称为暗场像，如图a，b就衍射衬度而言，样品中不同部位的结构或取向的差别，实际上表现在满足或偏离Braggs law的程度上的差别。满足Braggs law的区域，衍射束强度较高，而透射束强度相对较弱，用透射束成明场像，该区域呈暗衬度；反之，偏离Braggs law的区域, 衍射束强度较弱，透射束强度相对较高，该区域在明场像中显示亮衬度。而暗场像中的衬度则与选择哪支衍射束成像有关。如果在同一晶粒内，在双光束衍射条件下，明场像与暗场像的衬度恰好相反。

简单来说，明场是让光束透过样品后直接进入物镜，场是明亮的；暗场则是用强而窄的光束照射样品，却不让透过的光束直接进入物镜,而是通过样品中的颗粒散射光线，这些散射光线，有一部分进入物镜，所以在黑暗的背景上，能够看到样品中的颗粒的发光。

晶体的颜色，是晶体对白光中七色光波选择吸收的结果。如果晶体对白光中七色光波同等程度的吸收，透过晶体后仍为白光，只是强度有所减弱，此时晶体不具颜色，为无色晶体。如果晶体对白光中的各色光吸收程度不同，则透出晶体的各种色光强度比例将发生改变，晶体呈现特定的颜色。晶体颜色的深浅，称为颜色的浓度。颜色浓度除与该晶体的吸收能力有关外，还与其厚度有关，越厚吸收越多，则颜色越深。

均质体晶体是光学各向同性体，其光学性质各方向一致，故对不同振动方向的光波选择吸收也相同，所以均质体晶体的颜色和浓度，不因光波的振动方向而发生变化。在单偏光镜下旋转物台时，非均质体晶体的颜色和浓度要发生变化。这种由于光波和晶体中的振动方向不同，使晶体颜色发生改变的现象称为多色性；颜色深浅发生改变的现象称为吸收性。