偏光顯微鏡的基礎(chǔ)知識普及

偏光顯微鏡在光學顯微鏡的光學系統(tǒng)中插入了起偏振鏡和檢偏振器，用以檢查樣品的各向異性和雙折射性的顯微鏡。起偏振鏡和檢偏振鏡都是由偏光棱鏡或偏光板的尼科（nicol）棱鏡制成。前者安裝在光源與樣品之間，后者安裝在接物鏡與接目鏡之間或接目鏡之上。在生物樣品中，肌肉纖維、骨骼和牙齒等具有各向異性，淀粉粒、染色體和紡錘體等具有雙折射性，因此被用于組織細胞的化學研究。光源用單波長光線。由于生物樣品比金相、巖石或結(jié)晶的雙折射性顯著微弱，所以有時也借敏感的檢偏振板造成的相加相減現(xiàn)象而利用其干涉色
　　1、偏振光的基礎(chǔ)知識
　　一、自然光和偏振光
　　光是一種電磁波，屬于橫波（振動方向與傳播方向垂直）。一切實際的光源，如日光、燭光、日光燈及鎢絲燈發(fā)出的光都叫自然光。這些光都是大量原子、分子發(fā)光的總和。雖然某一個原子或分子在某一瞬間發(fā)出的電磁波振動方向一致，但各個原子和分子發(fā)出的振動方向也不同，這種變化頻率極快，因此，自然光是各個原子或分子發(fā)光的總和，可認為其電磁波的振動在各個方向上的幾率相等。
　　自然光在窗過某些物質(zhì)，經(jīng)過反射、折射、吸收后，電磁波的振動波以被限制在一個方向上，其他方向振動的電磁波被大大削弱或消除。這種在某個確定方向上振動的光稱為偏振光。偏振光的振動方向與光波傳播方向所構(gòu)成的平面稱為振動面。
　　二、直線偏振光、圓偏振光及橢圓偏振光
　　1．直線偏振光
　　直線偏振光由于光線的振動方向都在同一個平面內(nèi)，所以這偏振光又叫作平面偏振光正對光的傳播方向看去，這種光的振動方向是一條直線，因此又叫直線偏振光或線偏振光。
　　2．圓偏振光和橢圓偏振光
　　（1）光的雙折射現(xiàn)象和晶體的光軸
　　當一束光線射入各向異性的晶體中時要分裂為兩束沿不同方向傳播的挑線，這種現(xiàn)象叫雙折射現(xiàn)象發(fā)生雙折射的兩束光線都是偏振光。這兩束光線之一恒遵守光的折射定律，在改變?nèi)肷浞较驎r傳播速度不發(fā)生變化，這條光線稱為尋常光線，用o表示；另一束光線不遵守折射定律，當入射光線方向變化時，它的傳播速度也隨之變化，光的折射率不同，這束光稱為非常光用e來表示。
　　在各向異性晶體中，存在有某些特殊方向，在這些方向上不發(fā)生雙折射，尋常光線和非常光線傳播方向和傳播速度相同，這些方向稱為]晶體的光軸有一個光軸的晶體叫一軸晶，有兩個光軸的晶體叫二軸晶。對于二軸晶，雙折射后的兩束光線均為非常為光線。
　 （2）圓偏振光和橢圓偏振光的形成
　　一束自然光以垂直于一軸晶的光軸方向入射所產(chǎn)生的振動面互相垂直的兩束偏振光是不相干的。因為自然光是由光源中的不同分子和原子產(chǎn)生的，沒有固定的位相差，所以不發(fā)生干涉。但是當一束單色偏振光通過雙折射物質(zhì)[/url]后，所產(chǎn)生的兩束偏振光是可以相干的。相當于兩個互相垂直的同周期的振動的合成。
　　當一束偏振光垂直于一軸晶光軸入射時產(chǎn)生兩束偏振光（o光和e光）。由于o光和e光的相位差不同而合成為直線偏振光、]圓偏振光橢圓偏振光。O光和e光的相位差由兩束光在晶片中折射率和晶片的厚度決定。設(shè)No、Ne分別為o光和e光的折射率，d為晶片的厚度，所產(chǎn)生的相位差為Δφ。則。改變晶片的厚度可得不同相位差的o光和e光。當Δφ為π/2的偶數(shù)倍時可產(chǎn)生直線偏振光；當Δφ為π/2的奇數(shù)倍時，可產(chǎn)生圓偏振光；當Δφ不是π/2的整數(shù)倍時均可產(chǎn)生橢圓偏振光。圓偏振光的振動端點在光的傳播方向上投影為一個圓，橢圓偏振光的振動端點在光的傳播方向上投影為一個橢圓。圓偏振光和橢圓偏振光在每一瞬間只有一個振動方向，所以仍屬偏振光。
　　（3）波晶片
　　波晶片簡稱波片，可用來改變或檢驗光的偏振情況。當自然光沿一軸晶光軸入射時，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。如果垂直于晶體光軸入射時產(chǎn)生的o光和e光仍沿原入射方向傳播，但傳播速度和折射率不同，且傳播速度相差zui大。如果在平行于一軸晶光軸方向上切下一薄片，這時晶片表面與光軸平持，這樣制得的晶片叫]波晶片當偏振光垂直于波片光軸入射時，在波片內(nèi)形成傳播方向相同但傳播速度不同的o光和e光。如果波片越厚，o光和e光線波波長的整數(shù)倍，這種波片叫全波片。依此類推，還有半波片和1/4波片等等。