偏光显微镜原理

1 偏光显微镜的工作原理及应用介绍

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，可供广大用户进行单偏光观察，正交偏光观察，锥光观察。

工作原理：

偏光显微镜的两个偏振滤光片互为90°，以获得所谓的“暗位”，此时视野是全黑的；

如果样品在光学上表现为各向同性（单折射体），则无论怎样旋转载物台，视场仍是黑暗；

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，根据马吕斯定律，透射光的强度为0。

如果样品具有双折射特性，则视野会变亮，这是由于从起偏镜射出的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（o光和e光）；

当这两种光通过检偏镜时，由于e光并不服从折射定律，其与检偏镜偏振方向不是90°，所以可透过检偏镜，视野上就可以看到明亮的象。

偏光显微镜在金相分析方面的应用：

1.偏振光在各向异性金属磨面上的反射。

在正交偏振光下观察各向异性晶体。因光学各向异性金属在金相磨面上呈现的各 2 颗晶粒的位向不同，即各晶粒的“光轴”位置不同，使各晶粒的反射偏振光的偏振面旋转的角度不同；

通过偏光显微镜后，便可在目镜中观察到具有不同亮度的晶粒衬度。转动载物台，相当于改变了偏振方向与光轴的夹角。

旋转载物台360°，视场中可观察到四次明亮，四次暗黑的变化。这就是各向异性晶体在正交偏振光下的偏光效应。

2.偏振光在各向同性金属磨面上的反射。

各向同性金属在正交偏光下观察时，由于其各方向光学性质是一致的，不能使反射光的偏振面旋转，直线偏振光垂直入射到各向同性金属磨面上；

因其反射光仍为直线偏振光，被与之正交的检偏镜所阻，因此反射偏振光不能通过检偏镜，视场暗黑，呈现消光现象。

旋转载物台，也没有明暗变化。这就是各向同性金属在正交偏光下的现象。

若在正交偏光下研究各向同性金属，需采用改变原晶体光学性质的特殊方法来实现。常用的有深浸蚀或表面进行阳极化处理。

例如，有人采用深浸蚀的方法观察高碳镍铬钢的针状马氏体和原奥氏体晶粒。有人用这种方法观察马氏体和贝氏体，低碳马氏体领域等。

(完整word版)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。

1-1 偏光显微镜的构造与调节

一、实验目的与要求

1、掌握偏光显微镜的基本构造、装置及各部件的名称、用途。

2、学会偏光显微镜的调节、校正及操作方法。

二、实验设备及用品

1、XPT—7型偏光显微镜；

2、黑云母薄片

3、擦镜纸、洗耳球。

三、实验内容及方法

1、宣读《显微镜使用规定》，教育学生养成科学严谨的实验作风，爱护国家财产，自觉遵守精密仪器操作规程。

2、XPT—7型偏光显微镜的构造

教师结合实物讲解XPT—7型偏光显微镜的基本构造（图1）、使用方法。

图1 XPT—7型偏光显微镜

1——目镜；2——镜筒；3——勃氏镜；4——上偏光镜；5——试板孔；6——物镜定位器；

7——物镜座；8——物镜；9——载物台；10——聚光镜；11——下偏光镜；12——滤色片；

13——反光镜；14——镜座；15——镜臂；16——微动螺丝；17——粗动螺丝

3、偏光显微镜的调节

1）调节照明（对光）

装上5X目镜（十字丝位于东西南北方向）、10X物镜，打开锁光圈，推出上偏光镜、勃氏镜和聚光镜（拉索透镜），转动反光镜对准光源，直至视域最亮为止。

2）调节焦距

将黑云母花岗岩薄片置于旋转工作台中心，其盖玻璃朝上并用薄片夹夹紧。 从侧面看着物镜镜头，转动粗动螺丝，使镜筒缓缓下降至物镜镜头快接近薄片为止，切勿 1-2 使镜头与薄片相碰。从目镜中观察，并转动粗动螺丝，使镜筒缓缓上升，直到视域内出现物象并较清楚后，再转动微动螺丝至物象清晰为止。

4、偏光显微镜的校正

1）校正物镜中心

①观察旋转工作台上的薄片，在薄片中找一小黑点，使之位于十字丝中心。

②转动工作台，若物镜中心与工作台中心不一致，小黑点就离开十字线中心ａ绕偏心圆转动，偏心圆中心O即为工作台中心，必须进行中心校正参见图2。

图2 校正物镜中心

③转动工作台180度（小黑点位于ａ′处，此时小黑点距十字丝中心最远）借物镜座上两个调节螺丝调节，使小黑点自ａ′移ａａ′距离的一半，如此循环进行上述操作，既可使物镜中心与旋转工作台中心重合。

偏光显微镜照相在纺织品检验中的应用

摘要：偏光显微镜主要是通过双光干涉的原理，让条纹的变化更加明显，并可以表现出较好的立体感，也可以伴随着偏振角度的变化，让纤维的色彩更加丰富，色彩的反差也可以明显提升。同时偏光显微镜法也能够让纺织品中的纤维产生出彩色条纹，这种条纹可以在晶体薄片中得到固定。在偏振角度以及纤维自身没有得到改变的前提下，干涉的图像也是基本稳定的，这也是通过使用偏光显微镜能够取得较好鉴定效果的重要条件。本文为了能够充分地展现偏光显微镜照相在纺织品检验中的应用，采用实验的方式进行。实验共划分为两个小组，在A组中分别收集50份的亚麻样品和大麻样品。在B组中分别收集50份尼龙丝样品和人造丝样品。然后分别利用常规生物显微镜和偏光显微镜对其进行照相实验，从而观察大麻和人造丝的检出率。

关键词：偏光显微镜照相；纺织品检验；应用

前言

纺织品属于人们日常生活中不可缺少的用品，在进行司法鉴定中也属于重要证物。因此，对纺织品进行合理的检验工作十分必要。以往传统的检验方法主要采用生物显微镜进行检验，随着科技的发展，这种检验方式已经不能够符合当今时代的需求，因此本文将通过实验，对比在纺织品中两种检验方式的应用效果。

1偏光显微镜照相的基本原理

偏光显微镜在刑事技术检验中,主要用来检验鉴别各种晶体、纤维的结构与配比、不同纤维的差别,或具有双折射性质的一些微小检验客体。

偏光显微镜照相是利用偏振光作为照相的基本光源,使具有相同频率和固定位相差的O光和e光在显微镜内产生双光干涉,把纤维的外观形态变成彩色干涉条纹。而干涉条纹的变化遵循以下公式:

其中:δ表示O光和e光的位相差,λ表示光在真空中的波长,l表示纤维厚度,nO和

ne分别表示O光和e光的折射率。

当δ=2Kπ（K=0,1,2,3,…）时,干涉最大,此时通过检偏镜的光强度最大。

当δ=（2K+1）π（K=0,1,2,3…）时,干涉最小,此时没有光通过检偏镜。