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Thorlabs 什么是偏振光顯微鏡?

來源: 青島森泉光電有限公司    2022年11月02日 14:32  

什么是偏振光顯微鏡?

原創(chuàng) 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(zhì)學(xué)中用于礦物分析。當(dāng)雙折射材料與偏振光相互作用時,一些有序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠由此顯現(xiàn)。

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


PLM是標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合顯微鏡的變體,主要區(qū)別在于兩個正交偏振器。di 一 個叫做起偏器(Polarizer),用于產(chǎn)生偏振光,第二個叫做檢偏器(Analyzer),用于檢驗(yàn)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(zhì)。

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光學(xué)術(shù)語翻譯探討:雖然double refractionbirefringence都翻作雙折射,但前者表示光產(chǎn)生兩個折射的行為,而后者表示材料的光學(xué)性質(zhì),即不同偏振和傳播方向的折射率有差異。換言之,birefringence性質(zhì)是光表現(xiàn)出double refraction行為的原因。


通過雙折射樣品時,e光和o光產(chǎn)生相對延遲:

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兩個偏振分量在檢偏器重新合束時將發(fā)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(jù)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(chǎn)生的干涉色。因?yàn)?/span>e光和o光在不同的平面內(nèi)振蕩,所以顏色不是通過簡單的相長或相消干涉產(chǎn)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(qiáng)度都與相對延遲有關(guān)。當(dāng)相對延遲為半波時透射強(qiáng)度 zui 高,在兩個端點(diǎn)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。

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

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干涉色 zui 常用 的分析工具是Michel-Levy比色圖。根據(jù)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(jù)已知厚度確定雙折射。下面的網(wǎng)頁中有一個交互式教程。從截圖可看出,zui 左 邊區(qū)域是灰色或白色的,這對應(yīng)于 zui 小 的延遲。一階顏色是 zui 強(qiáng) 的,向右逐漸變?nèi)?,在五六階時變成暗淡的黃色和粉色。

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對于樣品很薄因此延遲很小的情況,可見光范圍內(nèi) 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(qiáng)色彩和對比度,但在顯微鏡應(yīng)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(bǔ)償器,提供恒定、已知的延遲量。四分之一,波片產(chǎn)生λ/4延遲,半波片產(chǎn)生λ/2,而全波片產(chǎn)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?yàn)榭梢姽庾V中點(diǎn)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(dá)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(jìn)光路后,整體的延遲效應(yīng)因?yàn)槿ㄆ鰪?qiáng)。

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Soleil-Babinet連續(xù)可調(diào)補(bǔ)償器

==========geng 好 用的PLM分割線==========

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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(xì)胞。相比標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)擴(kuò)展,而且利用液晶模塊 jing 確、穩(wěn)定地控制偏振并記錄強(qiáng)度圖像,快速完成高分辨率測量。


型號

CM501

CM502

光源波長

632.8 ± 1 nm

延遲測量范圍

標(biāo)準(zhǔn)模式:0~316 nm
低延遲模式:0~100 nm

延遲測量精度

標(biāo)準(zhǔn)模式:±10 nm低延遲模式:±1 nm

方位角測量范圍

±90°

方位角測量精度

標(biāo)準(zhǔn)模式:±3°低延遲模式:±1°

測量時間

<20 s

視場

0.84 mm x 0.71 mm

分辨率

1.055 μm

以上規(guī)格基于10倍物鏡的標(biāo)準(zhǔn)配置。


標(biāo)準(zhǔn)PLM由于需要旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)樣品。它通過液晶模塊設(shè)定幾種不同的線偏振或圓偏振照明光,依次經(jīng)過樣品、物鏡、圓偏振檢偏器和套筒透鏡后,使用單色相機(jī)記錄每種偏振下的強(qiáng)度圖像。

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