偏光顯微鏡(Polarizing microscope)基礎知識

一、偏光顯微鏡的特點
   偏光顯微是鑑定物質細微結構光學性質的一種顯微鏡。凡具有雙折射性的物質，在偏光顯微鏡下就能分辨的清楚，當然這些物質也可用染色法來進行觀察，但有些則不可能，而必須利用偏光顯微鏡。
    偏光顯微鏡的特點，就是將普通光改變為偏振光進行鏡檢的方法，以鑑 ​​別某一物質是單折射性（各向同性）或雙折射性（各向異性）。
    雙折射性是晶體的基本特徵。因此，偏光顯微鏡被廣泛地應用在礦物、化學等領域。在生物學中，很多結構也具有雙折射性，這就需要利用偏光顯微鏡加以區分。在植物學方面，如鑑別纖維、染色體、紡錘絲、澱粉粒、細胞壁以及細胞質與組織中是否含有晶體等。在植物病理上，病菌的入侵，常引起組織內化學性質的改變，可以偏光顯微術進行鑑別。在人體及動物學方面，常利用偏光顯微術來鑑別骨骷、牙齒、膽固醇、神經纖維、腫瘤細胞、橫紋肌和毛髮等。

二、偏光顯微鏡的基本原理
    （一）單折射性與雙折射性：光線通過某一物質時，如光的性質和進路不因照射方向而改變，這種物質在光學上就具有“ 各向同性” ，又稱單折射體，如普通氣體、液體以及非結晶性固體；若光線通過另一物質時，光的速度、折射率、吸收性和光波的振動性、振幅等因照射方向而有不同，這種物質在光學上則具有“ 各向異性” ，又稱雙折射體，如晶體、纖維等。
    （二）光的偏振現象：光波根據振動的特點，可分為自然光與偏光。自然光的振動特點是在垂直光波傳導軸上具有許多振動面，各平面上振動的振幅相同，其頻率也相同；自然光經過反射、折射、雙折射及吸收等作用，可以成為只在一個方向上振動的光波，這種光波則稱為“ 偏光” 或“ 偏振光” 。
    最簡單的是只在一直線上振動的直線偏振光。當光線進入雙折射體時，則如圖所示，分為A 、B 兩種直線平面偏振光，兩者的振動方向相互垂直，而速度、折射率和波長等均有所不同。
    （三）偏光的產生及其作用：偏光顯微鏡最重要的部件是偏光裝置—— 起偏器和檢偏器。過去兩者均為尼科爾(Nicola) 棱鏡組成，它是由天然的方解石製作而成，但由於受到晶體體積較大的限制，難以取得較大面積的偏振，近來偏光顯微鏡則採用人造偏振鏡來代替尼科爾梭鏡。
    人造偏振鏡是以硫酸喹啉又名Herapathite 的晶體製作而成，呈綠橄欖色。當普通光通過它後，就能獲得只在一直線上振動的直線偏振光。
    偏光顯微鏡有兩個偏振鏡，一個裝置在光源與被檢物體之間的叫“ 起偏鏡” ；另一個裝置在物鏡與目鏡之間的叫“ 檢偏鏡” ，有手柄伸於鏡筒或中間附件外以方便操作，其上有旋轉角的刻度。
    從光源射出的光線通過兩個偏振鏡時，如果起偏鏡與檢偏鏡的振動方向互相平行，即處於“ 平行檢偏立” 的情況下，則視場最為明亮。反之，若兩者互相垂直，即處於“ 正交校偏位” 的情況下，則視場完全黑暗，如果兩者傾斜，則視場表明出中等程度的亮度。由此可知，起偏鏡所形成的直線偏振光，如其振動方向與檢偏鏡的振動方向平行，則能完全通過；如果偏斜，則只以通過一部分；如若垂直，則完全不能通過。因此，在採用偏光顯微鏡檢時，原則上要使起偏鏡與檢偏鏡處於正交檢偏位的狀態下進行。
（四）正交檢偏位下的雙折射體：在正交的情況下，視場是黑暗的，如果被檢物體在光學上表現為各向同性（單折射體），無論怎樣旋轉載物台，視場仍為黑暗，這是因為起偏鏡所形成的直線偏振光的振動方向不發生變化，仍然與檢偏鏡的振動方向互相垂直的緣故。若被檢物體中含有雙折射性物質，則這部分就會發光，這是因為從起偏鏡射出的直線偏振光進入雙折射體後，產生振動方向互相垂直的兩種直線偏振光，當這兩種光通過檢偏鏡時，由於互相垂直，或多或少可透過檢偏鏡，就能看到明亮的象。光線通過雙折射體時，所形成兩種偏振光的振動方向，依物體的種類而有不同。
  雙折射體在正交情況下，旋轉栽物台時，雙折射體的像在360° 的旋轉中有四次明暗變化，每隔90° 變暗一次。變暗的位置是雙折射體的兩個振動方向與兩個偏振鏡的振動方向相一致的位置，稱為“ 消光位置” 從消光位置旋轉45° ，被檢物體變為最亮，這就是“ 對角位置” ，這是因為偏離45° 時，偏振光到達該物體時，分解出部分光線可以通過檢偏鏡，故而明亮。根據上述基本原理，利用偏光顯微術就可能判斷各向同性（單折射體）和各向異性（雙折射體）物質。
五）干涉色：在正交檢偏位情況下，用各種不同波長的混合光線為光源觀察雙折射體，在旋轉載物台時，視場中不僅出現最亮的對角位置，而且還會看到顏色。出現顏色的原因，主要是由干涉色而造成（當然也能被檢物體本身並非無色透明）。干涉色的分佈特點決定於雙折射體的種類和它的厚度，是由於相應推遲對不同顏色光的波長的依賴關係，如果被檢物體的某個區域的推遲和另一區域的推遲不同，則透過檢偏鏡光的顏色也就不同。

三、偏光顯微鏡在裝置上的某些要求
   （一）光源：最好採用單色光，因光的速度、折射率、吸收和乾涉現象由於波長的不同而有差異。一般鏡檢可使用普通光。
    （二）載物台：為圓形，要用可以調節中心且邊緣刻有角度（360° ）能旋轉的載物台。
    （三）和鏡：應使用無應消色差物鏡，因複消色差和半复消色差物鏡本身常發生偏振光。
    （四）目鏡：要帶有十字線鏡。
    （五）聚光鏡：為了取得平行偏光，應使用能推出上透鏡的搖出式聚光鏡。
    （六）補償片：作精細偏光鏡檢時，尚需利用補償片，有石膏、雲母及石英補償片等。
四、偏光鏡檢術的要求
    （一）光軸與載物台通光中心必須在一直線上，否則旋轉物台時，被檢物體就偏離視場中心，甚至移到視場之外，而影響鏡檢。
    （二）起偏鏡和檢偏鏡均標有振動方向的符號，當處於正交狀態時，習慣上通常使起偏鏡的振動方向與目鏡內十字線的橫線一致，而檢偏鏡的振動方向與十字線的給縱線一致。
    （三）製片不宜過薄，否則微弱的雙折射性就易消失。同時應先以新鮮狀態進行觀察（不然常由於固定、染色等步驟的處理，而使雙折射性加強或消失），然後再對照進行觀察。