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偏光對比顯微成像入門(mén)
偏光顯微鏡通常應用于材料科學(xué)和地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，根據礦物的折射特性和顏色來(lái)識別礦物。在生物學(xué)中，偏光顯微鏡通常用于晶體等雙折射結構的識別或成像，或用于植物細胞壁中纖維素和淀粉粒的成像。
雙折射物體具有通過(guò)折射將單束光分成兩束不同光的特性。雙折射材料包括具有高度有序分子結構的材料，如方解石或氮化硼晶體。生物標本（如纖維素或淀粉）也具有雙折射性。雙折射與線(xiàn)性偏振光相結合，可用于顯微鏡觀(guān)察，實(shí)現兩束不同光線(xiàn)的干涉，從而產(chǎn)生色彩效果，如光環(huán)和結構發(fā)光。
普通光學(xué)顯微鏡至少需要兩個(gè)附加組件才能實(shí)現偏光顯微鏡觀(guān)察。要檢測雙折射性，必須使用線(xiàn)偏振光照明。因此，必須在顯微鏡的光束路徑中插入兩個(gè)偏振濾光片。通過(guò)起偏器產(chǎn)生偏振光來(lái)照射試樣，第二個(gè)偏振濾光片（稱(chēng)為檢偏器）將檢測到的光限制為折射光。
偏振濾光片必須互成 90° 角，才能達到所謂的 "全黑位置"。當偏振濾光片設置在這個(gè)位置時(shí)，沒(méi)有光線(xiàn)會(huì )進(jìn)入相機或目鏡，圖像將是暗的。設置為“全黑"是偏光顯微鏡的一個(gè)重要步驟，因為它可以確保只有因試樣而導致偏振面發(fā)生變化的光線(xiàn)才是可見(jiàn)的。
圖 1：偏振顯微鏡的原理：未偏振光由起偏器 1 進(jìn)行偏振。通過(guò)起偏器 1 后，光線(xiàn)被聚光器聚焦到試樣上。如果試樣具有雙折射或含有雙折射結構，則部分光線(xiàn)的偏振面會(huì )扭曲 90°（草圖中的紅線(xiàn)表示）。試樣的圖像被物鏡放大后，打到起偏器 2 上。如果起偏器2 比起偏器 1 扭轉 90°（即所謂的 "暗位置"），則只有通過(guò)雙折射試樣后偏振發(fā)生變化的光才能到達目鏡或照相機，并被觀(guān)察者看到。因此，只有改變偏振光的結構才是可見(jiàn)的。
當光線(xiàn)通過(guò)第一個(gè)偏振濾光片時(shí)，會(huì )產(chǎn)生線(xiàn)性偏振光。如果線(xiàn)性偏振光在正確的偏振面上通過(guò)雙折射材料，則會(huì )產(chǎn)生折射并分成兩束光線(xiàn)，其中一部分光線(xiàn)的偏振面會(huì )旋轉 90°。如果第二個(gè)偏振器（檢偏器）對齊正確（即相對于第一個(gè)偏振濾光片成 90°），折射光線(xiàn)就會(huì )通過(guò)第二個(gè)偏振器（檢偏器）。因此，只有雙折射材料才能在偏振光顯微鏡中產(chǎn)生圖像。
圖 2：太陽(yáng)光或燈泡發(fā)出的光為非偏振光，即電磁波在所有方向上都會(huì )發(fā)生振蕩。如果非偏振光通過(guò)起偏器 1，就會(huì )產(chǎn)生具有明確偏振的光，在本例中為垂直偏振光。如果這束偏振光照射到起偏器 2 上，起偏器 2 旋轉 90°，則沒(méi)有光通過(guò)。因此，這兩個(gè)起偏器處于所謂的 "暗位置"，因為經(jīng)過(guò)第二個(gè)起偏器后就再也看不到光了。
重要的是，被檢測的雙折射材料的偏振軸與第一個(gè)偏振片產(chǎn)生的光處于同一偏振軸上。因此，許多偏光顯微鏡都配備了旋轉平臺，以確保物體的偏振面與第一偏振濾光片的偏振面容易對準。偏光顯微鏡的特殊應用可使用各種附件。
貝特朗透鏡可用于對物鏡后孔聚焦的晶體圖案進(jìn)行圓錐觀(guān)察。此外，延緩板或補償器可用于對雙折射試樣進(jìn)行定量分析。
圖 3：波羅的海琥珀中的蒼蠅。雖然琥珀是一種無(wú)定形物質(zhì)，理論上具有光學(xué)各向同性，但在偏振光下可以觀(guān)察到內部應變造成的樹(shù)脂流動(dòng)結構以及夾雜物造成的應變。偏振光和一階紅色補償器的使用使原本金黃的琥珀呈現出濃烈的色彩。暗場(chǎng)和入射光（玻璃纖維）、交叉偏振、一階紅色補償器、HDRI 色調映射的組合。由瑞士伯爾尼瑞士寶石學(xué)會(huì ) Michael Hügi 提供。
圖 4：鈷，冷軋，貝拉哈刻蝕，偏光。微觀(guān)結構形態(tài)的檢查在材料科學(xué)和失效分析中起著(zhù)決定性作用。在偏光顯微鏡下對刻蝕樣品進(jìn)行光學(xué)偏振，往往可以增強顏色對比度和特定的微觀(guān)結構形態(tài)。由德國普福爾茨海姆大學(xué)的 Ursula Christian 提供。
圖 5：用偏光顯微鏡拍攝的酒石酸晶體。酒石酸是一種天然存在的二元醛羧酸，主要存在于葡萄中。
圖 6：用偏振顯微鏡拍攝的用巴克試劑蝕刻的鋁（Al）合金圖像。通過(guò)偏振光可以看到蝕刻后的鋁合金晶粒。
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