偏光显微镜的自然光和偏振光
偏光显微镜的工作原理及应用介绍
偏光显微镜的工作原理及应用介绍
1. 偏光显微镜的工作原理
偏光显微镜是采用偏振光成像技术的一种显微镜，其工作原理主要涉及偏振光的产生和偏振片的运用。
1.1 偏振光的产生
光是一种横波，其中包含的电磁波在不同平面上横波振动的方向不同，称为偏振方向。
产生偏振光的方法可以是自然光在反射、折射、散射时所发生的改变，也可以通过偏振器件来实现。
其中最常见的偏振器件是偏振片，其主要通过平行于入射光方向的狭缝排列的分子使得特定方向的光被削减，从而实现将非偏振光转为偏振光。
1.2 偏光显微镜的构成及单波板偏光器的应用
偏光显微镜一般由偏光仪、焦平面偏振片、样品、目镜、物镜、光源等部分组成。
其主要原理在于在光路中加入单波片以改变入射光的偏振方向，从而寻求到增加对局部物质成分、结构信息的分析与解释。
2. 偏光显微镜的应用
偏光显微镜在生物学、地质学、材料科学等众多领域都有广泛的应用。
2.1 物质成分的分析
通过使用偏光显微镜能够解析物质在样品中的成分，例如组织中的多种蛋白质分子，以及矿物中的构建单元等。
2.2 结构性质的分析
偏光显微镜在对物质结构的解析方面具有独特优势，其物质内部的形状、晶体方向等在偏光显微镜下均可显示，通过这些信息可以得到一个物质的性质描述。
总体来说，偏光显微镜作为一种重要的成像仪器，在多种领域的应用都取得了优秀的成果，尤其是在材料和地质学领域，在实验室制造、品质鉴定、矿区开发等方面具有极其重要的意义。
偏光显微镜课件
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四、衬度原理 1、偏光显微镜（PC）
起偏器 球晶半经
检偏器
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OD = A sin wt cos a OE = A sin (wt- δ) sin a Y = A sin2a sin (δ/2) cos (wt- δ/2) I = A2sin22a sin2 δ/2
热台偏光显微镜及图象分析软件
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三种显微技术的比较：
1、偏光显微镜（PC） 2、透射电镜 （TEM） 3、扫描电镜 （SEM）
比较：成像原理、分辨率、放大倍数、 衬度原理、样品形态及要求
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一、成像原理
1、偏光显微镜（PC）
自然光 偏振光
物镜
目镜
光源 起偏器 聚光系统 试 样
检偏器
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一、成像原理
（μm级）
500C
700C
750C
800C
1100C
1300C
方法： 偏光显微镜（250倍），熔融压片。
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偏光显微镜-纳米CaCO3对PP球晶尺寸的影响
（μm级）
纯PP
未处理（6phr） 处理(6phr)
方法： 偏光显微镜（250倍），熔融压片。 结论： 纳米无机粒子的加入，使体系球晶尺寸
变小，经表面处理后情况更明显。
PP球晶偏光显微镜图片
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五、样品要求 1、偏光显微镜（PC）
基本要求：要求样品必须能透光。
基本形态：薄膜 （μm级）
载玻片
盖玻片
试样薄片
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六、仪器外形
L 9000型偏光显微镜 目镜： 10 物镜： 10，4，40
偏光显微镜的自然光和偏振光
偏光显微镜的自然光和偏振光Axio Lab A1 Pol Axio Scope A1 Pol一、自然光和偏振光自然光在窗过某些物质，经过反射、折射、吸收后，电磁波的振动波以被限制在一个方向上，其他方向振动的电磁波被大大削弱或消除。
这种在某个确定方向上振动的光称为偏振光。
偏振光的振动方向与光波传播方向所构成的平面称为振动面。
光是一种电磁波，属于横波（振动方向与传播方向垂直）。
一切实际的光源，如日光、烛光、日光灯及钨丝灯发出的光都叫自然光。
这些光都是大量原子、分子发光的总和。
虽然某一个原子或分子在某一瞬间发出的电磁波振动方向一致，但各个原子和分子发出的振动方向也不同，这种变化频率极快，因此，自然光是各个原子或分子发光的总和，可认为其电磁波的振动在各个方向上的几率相等。
二、直线偏振光、圆偏振光及椭圆偏振光直线偏振光由于光线的振动方向都在同一个平面内，所以这偏振光又叫作平面偏振光正对光的传播方向看去，这种光的振动方向是一条直线，因此又叫直线偏振光或线偏振光。
当一束光线射入各向异性的晶体中时要分裂为两束沿不同方向传播的挑线，这种现象叫双折射现象发生双折射的两束光线都是偏振光。
这两束光线之一恒遵守光的折射定律，在改变入射方向时传播速度不发生变化，这条光线称为寻常光线，用o表示；另一束光线不遵守折射定律，当入射光线方向变化时，它的传播速度也随之变化，光的折射率不同，这束光称为非常光用e来表示。
在各向异性晶体中，存在有某些特殊方向，在这些方向上不发生双折射，寻常光线和非常光线传播方向和传播速度相同，这些方向称为晶体的光轴有一个光轴的晶体叫一轴晶，有两个光轴的晶体叫二轴晶。
对于二轴晶，双折射后的两束光线均为非常为光线。
（2）波晶片波晶片简称波片，可用来改变或检验光的偏振情况。
当自然光沿一轴晶光轴入射时，不发生双折射现象。
如果垂直于晶体光轴入射时产生的o光和e光仍沿原入射方向传播，但传播速度和折射率不同，且传播速度相差最大。
偏光显微镜原理
偏光显微镜原理偏光显微镜是一种利用偏振光原理观察材料性质的显微镜，其原理是利用偏振器和检偏器之间的光学装置，使得只有特定方向的光通过样品，从而观察样品的各种性质。
偏光显微镜在材料科学、生物学、地质学等领域有着广泛的应用。
下面我们将详细介绍偏光显微镜的原理。
首先，偏光显微镜的基本构成包括偏振器、样品、检偏器和目镜。
偏振器是将自然光变成偏振光的装置，它只允许特定方向的光通过。
样品放置在偏振器和检偏器之间，样品中的晶体结构或者各向异性材料会改变光的传播方向，从而产生双折射现象。
检偏器可以通过调节其方向，观察不同方向的偏振光通过样品后的光强变化，从而得到样品的各种性质信息。
其次，偏光显微镜观察样品时，可以根据样品的各向异性特点来分析样品的结构、形态、组成等信息。
例如，晶体样品在偏光显微镜下会呈现出各种颜色的干涉条纹，通过分析这些条纹的形状和颜色可以得到晶体的晶体学性质。
生物样品中的纤维组织、细胞结构等也可以通过偏光显微镜来观察和分析，从而揭示样品的微观特性。
此外，偏光显微镜还可以应用在材料的质量检测、矿物学研究、生物医学领域等。
例如，通过偏光显微镜观察材料的晶体结构，可以判断材料的质量和纯度；地质学家可以利用偏光显微镜来分析岩石和矿物样品的组成和成因；生物学家可以通过偏光显微镜来观察细胞组织的形态和结构，从而研究生物学特性。
综上所述，偏光显微镜是一种重要的观察和分析工具，其原理是利用偏振光的特性来观察材料的各种性质。
通过偏光显微镜的观察，可以揭示样品的微观结构、组成和性质，为材料科学、生物学、地质学等领域的研究提供重要的信息和数据。
因此，偏光显微镜在科学研究和实际应用中具有重要的地位和作用。
偏光显微镜基本原理
偏光显微镜基本原理偏光显微镜（Polarizing Microscope）是一种专门用于观察具有双折射性质的材料的显微镜。
它能够通过控制偏振光的方向和光的自然振动方向之间的关系，来显示和分析样品的结构和性质。
偏光显微镜的基本原理可以分为偏光和双折射两个方面。
首先，我们先来了解偏光的概念。
光是一种电磁波，它的电场矢量在垂直于光传播方向的平面内振动。
而自然光是由各个方向的电场矢量叠加而成的。
当一个偏振片放置在自然光传播方向上时，只有与偏振片的传播方向一致的电场矢量可以通过，其余方向的电场矢量都会被挡住，使得出射光只有一个方向的振动。
当偏光过滤器和样品之间的相对位置发生改变时，会观察到样品的不同颜色，这是由于样品的双折射性质引起的。
双折射是一种现象，当光通过具有非等向性的材料时，沿不同方向传播的光速度不同，从而导致光线发生偏折或分离的现象。
双折射材料包括晶体和各向异性材料。
它们的双折射性质可以通过使用偏光显微镜来观察和研究。
在偏光显微镜中，光源发出的自然光会先通过一个偏振片（称为偏光器），使得光变成有一个特定方向振动的偏振光。
偏振光通过透镜系统后，进入放置在样品下方的偏光分析器（也是一个偏振片）。
然后，偏振光通过样品后，会经历样品的双折射现象。
不同方向的光振动将由于双折射现象而发生不同程度的滞后，导致两个方向的光振动分离。
分离的光将通过放置在显微镜物镜下方的偏光滤光片进一步处理。
显微镜中的偏光器和偏光分析器之间可以调节的角度称为偏光角。
通过调整偏光角，可以改变通过样品的光的偏振方向。
当偏振片的传播方向与样品的光振动方向一致时，样品中的光将完全通过，显现出亮的区域。
而当偏振片的传播方向与样品的光振动方向垂直时，样品中光的通过将受到限制，显现出暗的区域。
通过观察样品在不同偏光角下的现象，可以了解样品的双折射性质以及其结构和性质。
在偏光显微镜中，还有一个重要的组件叫做偏振旋转盘。
这个盘是由一系列叫做溶晶的片状矿物质组成的。
偏光显微镜基本工作原理 偏光显微镜工作原理
偏光显微镜基本工作原理偏光显微镜工作原理偏光显微镜基本工作原理：一、单折射性与双折射性：光线通过某一物质时，如光的性质和进路不因照射方向而更改，这种物质在光学上就具有“各向同性”，又称单折射体，如一般气体、液体以及非结晶性固体；若光线通过另一物质时，光的速度、折射率、吸取性和偏振、振幅等因照射方向而有不同，这种物质在光学上则具有“各向异性”，又称双折射体，如晶体、纤维等。
二、光的偏振现象：光波依据振动的特点，可分为自然光与偏振光。
自然光的振动特点是在垂直光波传导轴上具有很多振动面，各平面上振动的振幅分布相同；自然光经过反射、折射、双折射及吸取等作用，可得到只在一个方向上振动的光波，这种光波则称为“偏光”或“偏振光”。
三、偏光的产生及其作用：偏光显微镜紧要的部件是偏光装置——起偏器和检偏器。
过去两者均为尼科尔（Nicola）棱镜构成，它是由天然的方解石制作而成，但由于受到晶体体积较大的限制，难以取得较大面积的偏振，偏光显微镜则接受人造偏振镜来代替尼科尔梭镜。
人造偏振镜是以硫酸喹啉又名Herapathite的晶体制作而成，呈绿橄榄色。
当一般光通过它后，就能获得只在一直线上振动的直线偏振光。
偏光显微镜有两个偏振镜，一个装置在光源与被检物体之间的叫“起偏镜”；另一个装置在物镜与目镜之间的叫“检偏镜”，有手柄伸手镜筒或中心附件外方以便操作，其上有旋转角的刻度。
从光源射出的光线通过两个偏振镜时，假如起偏镜与检偏镜的振动方向相互平行，即处于“平行检偏位”的情况下，则视场较为光亮。
反之，若两者相互垂直，即处于“正交校偏位”的情况下，则视场完全黑暗，假如两者倾斜，则视场表明出中等程度的亮度。
由此可知，起偏镜所形成的直线偏振光，如其振动方向与检偏镜的振动方向平行，则能完全通过；假如偏斜，则只以通过一部分；如若垂直，则完全不能通过。
因此，在接受偏光显微镜检时，原则上要使起偏镜与检偏镜处于正交检偏位的状态下进行。
四、正交检偏位下的双折射体：在正交的情况下，视场是黑暗的，假如被检物体在光学上表现为各向同性单折射体、，无论怎样旋转载物台，视场仍为黑暗，这是由于起偏镜所形成的线偏振光的振动方向不发生变化，仍旧与检偏镜的振动方向相互垂直的原因。
偏光显微镜原理
偏光显微镜原理
偏光显微镜是一种利用光学原理来观察和研究材料的仪器。
它提供了高分辨率和高对比度的图像，特别适用于研究具有双折射性质的样品。
偏光显微镜的工作原理基于偏振光的性质。
光是一种电磁波，具有振动方向，也称为偏振方向。
普通光是在各个方向上都有振动的自然光，而偏振光则是在一个特定的方向上振动的光。
在偏光显微镜中，光源产生的光经过偏振片过滤器，使得只有一个方向的光通过。
经过滤器的偏振光射入样品，然后经过样品内部的晶体结构散射和折射。
由于晶体的晶格结构，它具有双折射性质。
即，入射光线会分成两个方向的振动，分别为快轴和慢轴。
这导致光线在样品中传播时速度和方向上的变化。
接下来，光线穿过样品后，进入显微镜物镜，该物镜具有额外的偏振片。
这个偏振片的方向可以根据需要进行调整。
根据样品中光线的振动方向与偏振片的相对角度，光线中的特定成分会被物镜中的偏振片阻止通过。
最后，样品中的光线进入眼镜筒，然后通过目镜进入观察者的眼睛。
观察者会看到对比度强烈的图像，其中某些区域可能会呈现出彩色，这是由于样品中光线的不同振动方向引起的。
通过旋转样品或调整偏振片的方向，观察者可以改变图像中的
颜色和对比度，从而获得更多关于样品结构和性质的信息。
总的来说，偏光显微镜通过利用偏振光的性质和样品中的双折射现象，提供了对样品结构和光学性质的高分辨率观察。
它在材料科学、生物学和地质学等领域中得到广泛应用。
自然光与偏振光PPT课件
② 椭圆偏振光可以看作是振幅不相等、振动方向正交、相位差恒定的两 个同频率线偏振光的合成。其中正号对应右旋，负号对应左旋。
③ 线偏振光和圆偏振光只是椭圆偏振光的两种特殊形式。若两个正交振 动的振幅相等，相位差等于p/2的奇数倍，则椭圆偏振光变为圆偏振光； 若两个正交振动的相位差等于p 的整数倍，则椭圆偏振光变为线偏振 光。
y
y
A1
x
O
A2 x
(a) 自然光的电矢量
(b) 电矢量的分解
图1.3-4 自然光及其分解
1 光波、光线与光子
1.3 自然光与偏振光
1.3.3 部分偏振光
特点：光振动强度沿两个正交方向的时间平均值不相等，并且在某一方向取
极大值Imax时，其正交方向正好取极小值Imin
偏振度：
y
y
(1.3-1)
A1
SUCCESS
THANK YOU
2019/7/3
菲涅耳公式
1.3.4 菲涅耳公 式
1 光波、光线与光子 1.3 自然光与偏振光
说明：
1.3.4 菲涅耳公 式
① s分量和p分量分别独立地按 照各自的规律反射和折射， 其振幅反射比和振幅透射比 仅取决于光束的入射角和两 种介质的折射率，并且一般 不相等——反射光和透射光 的两个正交偏振分量的振幅 一般不相等。
应用：光调制
s
图1.3-13 马吕斯定律
1 光波、光线与光子
1.3 自然光与偏振光
1.3.8 反射光与透射光的半波损失（相位突变）
结论： ① 自然光自疏（快）介质向密（慢）介质正入射或掠入射时，反射光 相对入射光存在半波损失（p 相位突变），反之不存在。
② 斜入射情况下，反射光相对入射光的相位变化一般较为复杂，但经 同一分界面的内、外反射所得两束反射光之间一定存在半波损失。
偏光显微镜原理
偏光显微镜原理偏光显微镜是一种特殊的显微镜，它利用偏振光的原理观察样品的细微结构。
在偏光显微镜中，光线经过偏振片后成为偏振光，再通过样品后被观察者观察。
这种显微镜可以观察到许多肉眼无法看到的细微结构，对于材料科学、生物学、地质学等领域有着重要的应用价值。
本文将介绍偏光显微镜的原理和工作过程。
偏光显微镜的原理主要包括偏振光的产生和样品的偏光成像。
首先，偏振光是指在一个方向上振动的光，它可以通过偏振片产生。
偏振片是一种具有吸收特定方向光线的材料，当自然光通过偏振片后，只有与偏振片方向相同的光线能透过，其他方向的光线则被吸收。
这样产生的光就是偏振光。
其次，样品的偏光成像是指样品对偏振光的作用，使得观察者可以看到样品的细微结构。
当偏振光通过样品后，样品中的晶体、纤维或其他结构会改变光的偏振状态，观察者可以通过偏光显微镜观察到这些结构的特殊性质。
偏光显微镜的工作过程包括光源、偏振片、样品和偏光显微镜本身。
首先，光源产生的光线通过偏振片成为偏振光，然后通过样品后被观察者观察。
在这个过程中，观察者可以调节偏振片的方向和样品的位置，以获得最佳的观察效果。
偏光显微镜通常还配有显微镜目镜和物镜，观察者可以通过调节物镜的倍数来观察样品的不同放大倍数。
偏光显微镜在材料科学中有着广泛的应用。
例如，在金属材料的研究中，偏光显微镜可以观察到金属晶粒的形状和大小，从而分析材料的力学性能。
在生物学中，偏光显微镜可以观察细胞的结构和形态，对细胞学研究有着重要的意义。
在地质学中，偏光显微镜可以观察岩石的矿物组成和结构特征，帮助地质学家了解地球的演化历史。
总之，偏光显微镜是一种重要的科学研究工具，它利用偏振光的原理观察样品的细微结构。
通过调节偏振片和样品的位置，观察者可以获得清晰的偏光成像，从而对样品进行详细的观察和分析。
偏光显微镜在材料科学、生物学、地质学等领域有着广泛的应用前景，对于推动科学研究和技术发展具有重要的意义。
《自然光和偏振光》课件
光学仪器
望远镜
望远镜是利用透镜或反射镜聚集 远处光线的光学仪器。在天文观 测中，通过偏振片可以过滤掉大 气中的散射光，提高观测效果。
显微镜
在显微镜中，偏振片被用于观察 生物样本的微观结构。通过调整 偏振片的夹角，可以消除样本表 面的反射光，使观察更加清晰。
光学通信
光纤通信
在光纤通信中，自然光在光纤中传输时会发生折射和反射，导致信号衰减。通 过使用偏振片，可以控制光的方向和振动状态，减少信号衰减，提高通信质量 。
详细描述
偏振片实验是研究偏振光的常用方法。在实验中，一束自然光通过偏振片后，会 变成偏振光。通过旋转偏振片，我们可以观察到光的强度变化，从而理解偏振片 的作用和工作原理。这个实验有助于我们深入了解偏振光的性质和应用。
光学干涉实验ຫໍສະໝຸດ 总结词光学干涉实验可以展示光的波动性质，通过干涉现象的观察，可以进一步理解偏振光的 应用。
03
自然光和偏振光的应用
光学成像
无偏振片成像
在无偏振片的情况下，自然光的光线会从物体表面反射，进入人 眼，形成图像。这种成像方式较为常见，但缺乏偏振信息，导致 图像细节和色彩表现一般。
使用偏振片成像
通过在镜头前加装偏振片，可以过滤掉部分光线，使反射光线在 特定方向上振动，从而提高图像的对比度和色彩饱和度。这种方 法常用于摄影和摄像领域。
偏振光学的发展历程
01
02
03
偏振光学起源
偏振光的研究可以追溯到 19世纪初，当时科学家开 始研究光的偏振现象。
关键发展阶段
20世纪初，随着量子力学 的建立和光学仪器的改进 ，偏振光学得到了快速发 展。
当前研究趋势
当前，随着新材料和技术 的不断涌现，偏振光学在 多个领域展现出广阔的应 用前景。
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偏光显微镜的自然光和偏振光
Axio Lab A1 Pol Axio Scope A1 Pol
一、自然光和偏振光
自然光在窗过某些物质，经过反射、折射、吸收后，电磁波的振动波以被限制在一个方向上，其他方向振动的电磁波被大大削弱或消除。
这种在某个确定方向上振动的光称为偏振光。
偏振光的振动方向与光波传播方向所构成的平面称为振动面。
光是一种电磁波，属于横波（振动方向与传播方向垂直）。
一切实际的光源，如日光、烛光、日光灯及钨丝灯发出的光都叫自然光。
这些光都是大量原子、分子发光的总和。
虽然某一个原子或分子在某一瞬间发出的电磁波振动方向一致，但各个原子和分子发出的振动方向也不同，这种变化频率极快，因此，自然光是各个原子或分子发光的总和，可认为其电磁波的振动在各个方向上的几率相等。
二、直线偏振光、圆偏振光及椭圆偏振光
直线偏振光由于光线的振动方向都在同一个平面内，所以这偏振光又叫作平面偏振光正对光的传播方向看去，这种光的振动方向是一条直线，因此又叫直线偏振光或线偏振光。
当一束光线射入各向异性的晶体中时要分裂为两束沿不同方向传播的挑线，这种现象叫双折射现象发生双折射的两束光线都是偏振光。
这两束光线之一恒遵守光的折射定律，在改变入射方向时传播速度不发生变化，这条光线称为寻常光线，用o表示；另一束光线不遵守折射定律，当入射光线方向变化时，它的传播速度也随之变化，光的折射率不同，这束光称为非常光用e来表示。
在各向异性晶体中，存在有某些特殊方向，在这些方向上不发生双折射，寻常光线和非常光线传播方向和传播速度相同，这些方向称为晶体的光轴有一个光轴的晶体叫一轴晶，有两个光轴的晶体叫二轴晶。
对于二轴晶，双折射后的两束光线均为非常为光线。
（2）波晶片
波晶片简称波片，可用来改变或检验光的偏振情况。
当自然光沿一轴晶光轴入射时，不发生双折射现象。
如果垂直于晶体光轴入射时产生的o光和e光仍沿原入射方向传播，但传播速度和折射率不同，且传播速度相差最大。
如果在平行于一轴晶光轴方向上切下一薄片，这时晶片表面与光轴平持，这样制得的晶片叫波晶片当偏振光垂直于波片光轴入射时，在波
片内形成传播方向相同但传播速度不同的o光和e光。
如果波片越厚，o光和e光线波波长的整数倍，这种波片叫全波片。
依此类推，还有半波片和1/4波片等等。
（3）圆偏振光和椭圆偏振光的形成
一束自然光以垂直于一轴晶的光轴方向入射所产生的振动面互相垂直的两束偏振光是不相干的。
因为自然光是由光源中的不同分子和原子产生的，没有固定的位相差，所以不发生干涉。
但是当一束单色偏振光通过双折射物质后，所产生的两束偏振光是可以相干的。
相当于两个互相垂直的同周期的振动的合成。