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什么是偏振光顯微鏡？

原創 birefringence Thorlabs索雷博

偏振光顯微鏡(Polarized Light Microscopy, PLM)也叫做巖相顯微鏡，zui 初 在地質學中用于礦物分析。當雙折射材料與偏振光相互作用時，一些有序的內部結構能夠由此顯現。

                                使用偏振反射照明采集的日光石圖像

PLM是標準復合顯微鏡的變體，主要區別在于兩個正交偏振器。di 一 個叫做起偏器(Polarizer)，用于產生偏振光，第二個叫做檢偏器(Analyzer)，用于檢驗偏振光。如果光路中沒有樣品或樣品為各向同性材料，所有光都將被阻擋，視場 wan 全 變暗。為了看到圖像，樣品需要改變光的偏振方向，使之能通過檢偏器，而雙折射材料就具備這種性質。

▎光學術語翻譯探討：雖然double refraction和birefringence都翻作雙折射，但前者表示光產生兩個折射的行為，而后者表示材料的光學性質，即不同偏振和傳播方向的折射率有差異。換言之，birefringence性質是光表現出double refraction行為的原因。▎

通過雙折射樣品時，e光和o光產生相對延遲：

兩個偏振分量在檢偏器重新合束時將發生干涉并顯示不同的干涉色，但注意這不是樣品本身的顏色。根據公式可知，雙折射率之差和厚度(t)共同決定相對延遲，因此也決定產生的干涉色。因為e光和o光在不同的平面內振蕩，所以顏色不是通過簡單的相長或相消干涉產生的。

如下圖所示，光通過樣品后的偏振方向以及通過檢偏器的強度都與相對延遲有關。當相對延遲為半波時透射強度 zui 高，在兩個端點的0和全波延遲時 zui 低。因此偏振光顯微鏡測量要考慮三個因素：樣品雙折射、樣品厚度和正交偏振片的方位。

對于白光照明，如果延遲等于某種顏色的波長，那么相應的光將被消除，留下與之互補的干涉色。當延遲為零時，所有顏色都被消除。隨著延遲增加，達到 zui 短 的紫光波長時紫光被消除，干涉色就是紫光的互補顏色，即黃色。延遲達到藍光波長時，藍光被消除，干涉色變成橙色。延遲繼續增加到綠、黃、橙、紅光波長時，相應的互補干涉色為紅、紫、藍、綠。

干涉色 zui 常用 的分析工具是Michel-Levy比色圖。根據顏色和一個變量(厚度或雙折射)，跟隨對角線就能確定另一個變量；通常是根據已知厚度確定雙折射。下面的網頁中有一個交互式教程。從截圖可看出，zui 左 邊區域是灰色或白色的，這對應于 zui 小 的延遲。一階顏色是 zui 強 的，向右逐漸變弱，在五六階時變成暗淡的黃色和粉色。

對于樣品很薄因此延遲很小的情況，可見光范圍內 mei 有 ren 何 波長會被 wan 全 阻擋，而缺乏特征色可能限制偏振光顯微鏡的分析能力。雖然更厚的樣品能增強色彩和對比度，但在顯微鏡應用中這種方法不 yi 定 可行。

另一種方法是在樣品和檢偏器之間加一個補償器，提供恒定、已知的延遲量。四分之一,波片產生λ/4延遲，半波片產生λ/2，而全波片產生λ延遲。加入全波片后，正交偏振片下的視場將從幾乎全暗變成洋紅色。

這是因為可見光譜中點約為550 nm，全波片在這個波長引入λ延遲，因此中間范圍的光被檢偏器阻擋，而其它波長有不同的延遲而變成橢圓偏振，因此到達目鏡的光就是白光減去中間的綠光帶，形成洋紅色背景光。將雙折射樣品放進光路后，整體的延遲效應因為全波片而增強。

Soleil-Babinet連續可調補償器

==========geng 好 用的PLM分割線==========

Thorlabs zui,新 推出Cerna®雙折射成像顯微鏡，可用于測量晶體和液晶器件等平面樣品的延遲和快軸方向，也可用于觀察細胞。相比標準的偏振光顯微鏡，模塊化Cerna雙折射成像顯微鏡不僅更便于系統擴展，而且利用液晶模塊 jing 確、穩定地控制偏振并記錄強度圖像，快速完成高分辨率測量。

以上規格基于10倍物鏡的標準配置。

標準PLM由于需要旋轉樣品或偏振片而使測量比較耗時，而Cerna®雙折射成像顯微鏡則無需旋轉樣品。它通過液晶模塊設定幾種不同的線偏振或圓偏振照明光，依次經過樣品、物鏡、圓偏振檢偏器和套筒透鏡后，使用單色相機記錄每種偏振下的強度圖像。

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