偏振光显微镜的基础知识

什么是偏振光显微镜？

偏振光学显微镜是一种选择性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，其中电场和磁场沿其运动方向垂直振动。 电场中振动方向规律的光称为偏振。 在偏振光显微镜中，偏振是在物质反射到特定方向振动时观察到的。

通过对材料施加线偏振，可以观察到偏振的变化如颜色和亮度。 通过选择偏振并在显微镜下观察，可以识别物质的状态和成分。

偏振光显微镜的应用

偏振显微镜*初用于确定矿物的状态和成分，但如今它们也被应用于聚合物和生物技术等开发领域。 极化态的变化反映了分子取向和晶体结构，从而能够评估聚合物的内部结构。 此外，结合温控设备，可以观察到相变行为。

液晶是利用偏振显微镜的主要发现。 液晶虽然是液体，但其分子排列类似固体，*初通过偏振光显微镜得到证实，促成了液晶电视及其他产品的发展。

此外，许多生物材料具有相当于液晶的状态或分子结构，极化显微镜预计未来将继续在医学和制药领域发挥积极作用。

偏振光学显微镜的原理

偏振显微镜使用滤光片选择光的偏振，从而产生反射样品光学性质的光学显微镜图像。

1. 偏振显微镜的配置

典型的光学显微镜由光源、样品台、物镜及其他组件组成。 光源发出的光会照射到材料上，这些光线进入物镜，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块称为偏光片的偏光板，以及在物镜和目镜之间安装了分析仪（探测器）。

光源发出的光是自然光，就像覆盖所有方向的荧光灯一样。 通过通过偏振镜传输这些光，它被转化为偏振光，并指向被观测的物体。 穿过材料时偏振方向变化的光，可以通过与偏振片垂直排列的交叉尼科尔分析仪观察到。

2. 偏振显微镜图像

在偏振光学显微镜中观察各向异性样品时，偏振片的线性偏振状态不变，且由于无法通过分析仪，目镜观察时视野为暗。

当观察折射率随偏振方向（双折射）而变化的样品时，如果入射线偏振的振动方向与样品的光轴相符，入射光的偏振状态不会改变，且如上所述，它会变成暗场。 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，入射光会分裂成两个偏振分量，产生的分量与样品透射前的偏振状态不同。 当偏振态发生变化时，光线通过分析仪，产生明场效应。

偏光显微镜图像呈现彩色，是因为样品的双折射导致两部分光路差异。 在偏振光显微镜中，材料放置的舞台可以旋转360°，以改变偏振施加的角度，相对于样品的光轴。