偏振显微镜的基础知识

什么是偏光显微镜？

偏振光学显微镜是一种选择并观察光偏振的光学显微镜。

用于科学实验的光学显微镜通过目镜观察材料反射的所有光线。光是一种波，其中电场和磁场沿垂直于运动方向振荡。电场振荡方向规律的光称为偏振。偏振显微镜观察到从材料反射到特定方向振动的偏振光。

线偏振可以应用于材料，偏振变化可表现为颜色、明暗。通过选择偏振光并在显微镜下观察，可以确定材料的状态和成分。

偏光显微镜应用

偏振显微镜最初用于确定矿物的状态和成分，但现在也被用于聚合物和生物技术等开发现场。 极化态的变化反映了分子取向和晶体结构，从而能够评估大分子的内部结构。 此外，还可以与温控装置结合，观察相变行为。

利用偏振显微镜技术发现的液晶是液晶。 液晶是液体但分子排列类似固体的，最初通过偏振显微镜被鉴定，这促成了今天液晶电视的发展。

此外，许多生物物质具有与液晶相同的状态和分子结构，极化显微镜预计将继续在医学和制药领域发挥积极作用。

偏振显微镜的原理

偏振显微镜使用滤光片选择光的偏振，从而获得反射样品光学特性的光学显微镜图像。

1. 偏振显微镜配置

普通光学显微镜由光源、样品台和物镜组成。 光源发出的光会照射到材料上，光线进入物镜，可以通过目镜观察到。 偏振显微镜的原理基本与光学显微镜相同，但区别在于光源与样品之间安装了两个偏光片，而分析仪（analyzer）安装在物镜和目镜之间。

光源发出的光与荧光灯相同，包括所有方向的自然光。 这些光被传递到偏振片，偏振片再转化为偏振光并施加在被观测的材料上。 通过与偏振镜垂直的交叉尼古尔排列的分析仪，可以观察到穿透材料时方向变化的偏振光。

2. 偏光显微镜图像

当用偏振显微镜观察无折射率各向异性的样品时，偏振镜产生的线性偏振的偏振状态不变，分析仪无法传输，因此通过目镜观察时视场是暗的。

如果观察到一个折射率（双折射）的样品，其折射率因偏振方向不同而不同，那么当入射线偏振的振动方向与样品的光轴重合时，入射光的偏振态不会改变，且入射光的偏振状态不变，暗场与上述相同。 另一方面，当入射光的振动方向与样品的光学轴不同时，由于样品的双折射，入射光被分为两个偏振分量，合成分量在样品通过前处于与偏振状态不同的状态。 偏振的变化使光线通过分析仪，形成明场。

偏振显微镜图像的着色是由于光的光程差，光程差被样品的双折射率一分为二。 在偏振显微镜中，相对于样品光轴的偏振角度可以改变，使材料所在的台能旋转360°。