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什么是偏振光显微镜？

原创 birefringence Thorlabs索雷博

偏振光显微镜(Polarized Light Microscopy, PLM)也叫做岩相显微镜，zui 初 在地质学中用于矿物分析。当双折射材料与偏振光相互作用时，一些有序的内部结构能够由此显现。

                                使用偏振反射照明采集的日光石图像

PLM是标准复合显微镜的变体，主要区别在于两个正交偏振器。di 一 个叫做起偏器(Polarizer)，用于产生偏振光，第二个叫做检偏器(Analyzer)，用于检验偏振光。如果光路中没有样品或样品为各向同性材料，所有光都将被阻挡，视场 wan 全 变暗。为了看到图像，样品需要改变光的偏振方向，使之能通过检偏器，而双折射材料就具备这种性质。

▎光学术语翻译探讨：虽然double refraction和birefringence都翻作双折射，但前者表示光产生两个折射的行为，而后者表示材料的光学性质，即不同偏振和传播方向的折射率有差异。换言之，birefringence性质是光表现出double refraction行为的原因。▎

通过双折射样品时，e光和o光产生相对延迟：

两个偏振分量在检偏器重新合束时将发生干涉并显示不同的干涉色，但注意这不是样品本身的颜色。根据公式可知，双折射率之差和厚度(t)共同决定相对延迟，因此也决定产生的干涉色。因为e光和o光在不同的平面内振荡，所以颜色不是通过简单的相长或相消干涉产生的。

如下图所示，光通过样品后的偏振方向以及通过检偏器的强度都与相对延迟有关。当相对延迟为半波时透射强度 zui 高，在两个端点的0和全波延迟时 zui 低。因此偏振光显微镜测量要考虑三个因素：样品双折射、样品厚度和正交偏振片的方位。

对于白光照明，如果延迟等于某种颜色的波长，那么相应的光将被消除，留下与之互补的干涉色。当延迟为零时，所有颜色都被消除。随着延迟增加，达到 zui 短 的紫光波长时紫光被消除，干涉色就是紫光的互补颜色，即黄色。延迟达到蓝光波长时，蓝光被消除，干涉色变成橙色。延迟继续增加到绿、黄、橙、红光波长时，相应的互补干涉色为红、紫、蓝、绿。

干涉色 zui 常用 的分析工具是Michel-Levy比色图。根据颜色和一个变量(厚度或双折射)，跟随对角线就能确定另一个变量；通常是根据已知厚度确定双折射。下面的网页中有一个交互式教程。从截图可看出，zui 左 边区域是灰色或白色的，这对应于 zui 小 的延迟。一阶颜色是 zui 强 的，向右逐渐变弱，在五六阶时变成暗淡的黄色和粉色。

对于样品很薄因此延迟很小的情况，可见光范围内 mei 有 ren 何 波长会被 wan 全 阻挡，而缺乏特征色可能限制偏振光显微镜的分析能力。虽然更厚的样品能增强色彩和对比度，但在显微镜应用中这种方法不 yi 定 可行。

另一种方法是在样品和检偏器之间加一个补偿器，提供恒定、已知的延迟量。四分之一,波片产生λ/4延迟，半波片产生λ/2，而全波片产生λ延迟。加入全波片后，正交偏振片下的视场将从几乎全暗变成洋红色。

这是因为可见光谱中点约为550 nm，全波片在这个波长引入λ延迟，因此中间范围的光被检偏器阻挡，而其它波长有不同的延迟而变成椭圆偏振，因此到达目镜的光就是白光减去中间的绿光带，形成洋红色背景光。将双折射样品放进光路后，整体的延迟效应因为全波片而增强。

Soleil-Babinet连续可调补偿器

==========geng 好 用的PLM分割线==========

Thorlabs zui,新 推出Cerna®双折射成像显微镜，可用于测量晶体和液晶器件等平面样品的延迟和快轴方向，也可用于观察细胞。相比标准的偏振光显微镜，模块化Cerna双折射成像显微镜不仅更便于系统扩展，而且利用液晶模块 jing 确、稳定地控制偏振并记录强度图像，快速完成高分辨率测量。

以上规格基于10倍物镜的标准配置。

标准PLM由于需要旋转样品或偏振片而使测量比较耗时，而Cerna®双折射成像显微镜则无需旋转样品。它通过液晶模块设定几种不同的线偏振或圆偏振照明光，依次经过样品、物镜、圆偏振检偏器和套筒透镜后，使用单色相机记录每种偏振下的强度图像。

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