反光偏光顯微鏡原理及應用

反光偏光顯微鏡也叫礦相顯微鏡。在一般大型顯微鏡光路中，只要加入兩偏振片即可，即在入射光路中加入一個起偏振片，在觀察鏡中加入一個檢偏振片，就可以實現(xiàn)偏振光照明。除了起偏振鏡和檢偏振鏡外，有時還加入一個靈敏色片，用來檢驗橢圓偏振光，并獲得色偏振(如圖6所示)。

　　一、 起偏振鏡位置的調整

　　起偏鏡一般安裝在可以轉動的圓框內，借助手柄轉動調節(jié)，調節(jié)的目的是為了使起偏振鏡出來的偏振光動面水平，以保證垂直照明器平面玻璃反射進入物鏡的偏振光強度最大，且仍為直線偏振光。

　　調整方法，是將經過拋光而未經腐蝕的不銹鋼試樣(光性均質體)放在載物臺上，除去檢偏振鏡，只裝起偏振鏡，從目鏡內觀察聚焦后試樣磨面上反射光的強度，轉動起偏振鏡，反射光強度發(fā)生明暗變化，當反射光最強時，就是起偏振鏡振動軸的正確位置。

　　二、檢偏振鏡位置的調整

　　起偏振鏡位置調整好后，裝入檢偏振鏡，調節(jié)檢偏振鏡的位置，當在目鏡中觀察到最暗的消光現(xiàn)象時，就是檢偏振鏡與偏振鏡正交的位置。在實際觀察中，常將檢偏振鏡作一個小角度的偏轉，以增加顯微組織的襯度。其偏轉的角度由刻度盤上的刻度指示出來。若將檢偏振鏡在正交位置轉動90°，則兩偏振鏡振動軸平行，這時和一般光線下照明的效果相同。

　　許多金相顯微鏡在出廠時已經把起偏振鏡或偏振鏡的振動軸的方向固定好，只要調節(jié)另一個偏振鏡的位置就可以了。

　　三、 物臺中心位置的調整

　　利用偏振光鑒別物相時，經常需要將載物臺作360°旋轉，為使觀察目標在載物臺旋圍時不離開視域，在使用前必須調節(jié)載物臺的機械中心與顯微鏡的光學系統(tǒng)主軸重合。一般是通過載物臺上的對中螺釘進行調整。

　　四、 偏振光照明下的色彩(色偏振)

　　以上都是討論在單色偏振光照明下的情況，如果考慮到偏振光波長的影響，即用白色偏振光照明，會產生色彩。

　　在金相顯微鏡中進行正交偏振光的觀察時，在光程中插入靈敏色片(目前多用λ=5760nm的全波片)后，各向異性的金屬不同晶粒會出現(xiàn)不同的顏色。觀察各向同性金屬時，不加入靈敏色片，也會有不同顏色，但色彩不豐富。加入全波片后，色彩變得鮮艷。

　　轉動載物臺或靈敏色片，晶粒的顏色隨之變化，這主要是由于偏振光干涉的結果。

　　偏光顯微鏡也和一般顯微鏡照明一樣，分為明場照明和暗場照明兩種照明方式。

　　材料顯微組織的顯示

　　1.各向異性材料組織的顯示

　　根據(jù)偏振光的反射原理，在各向異性的金屬內部由于各晶粒的位向不同，干涉后的偏振光的振動方向的偏轉角度不同，在正交的偏振光下則可以顯示出不同的亮度。具有同樣亮度的晶粒光軸一席話同接近，所以根據(jù)晶粒的明暗程度還可以判斷晶粒的位向。對各向異性的金屬磨面經拋光后不腐蝕就可以看到明暗不同的晶粒，這一點對難腐蝕出清晰組織的材料來說，是十分有利的分析途徑。

　　例如，球墨鑄鐵的組織中的石墨屬于六方點陣，是各向異性的物質，在同一石墨球中具有許多不同位向的石墨晶粒，這些石墨晶粒在偏振光下可顯示不同的亮度，從而分辨出石墨晶粒的方位、球狀和大小。如圖7(a)所示。在一般光照射下只能看到黑暗的石墨球，不能分辨石墨的晶粒。如圖7(b)所示。

　　2.各向同性材料組織的顯示

　　偏振光在各向同性材料表面發(fā)生反射，其振動方向一般不發(fā)生偏轉，在正交的偏振鏡下可看到黑韶關的消光現(xiàn)象。但是金屬一般有很強的反射本領，光線在試樣磨面上的反射強度與光線的入射角及波長有關。對平行于光的入射面和垂直于光的入射面的光線的反射也有差別。圖8表示了銅對光的反射強度與入射角的關系。其中R//與Δ;//代表了振動面與入射面平行的光的反射系數(shù)和相位差。代表了振動面與入射面垂直的反射系數(shù)和相位差。從圖中可以看出光線直射時(入射角等于0)兩個振動面上的光反射系數(shù)相等，相位差為0，光的振動方向不發(fā)生變化，即產生消光現(xiàn)象。當入射角從0°到90°變化時，反射系數(shù)發(fā)生變化，可以通過正交的偏振鏡而看到明暗不同的晶粒。

　　利用上述可以對各向同性的材料進行深腐蝕，露出一定的原子排列面。例如鋁在深腐蝕后可露出原子最密排列的(111)面，這些晶面位向不同，故偏振光斜射時，入射角度不同，兩分量的相位差不同，因而能看到不同亮度的晶粒。圖9表示了各向同性材料表面反射光相位差隨入射角變化的情況。

非金屬夾雜物的鑒定

　　1.夾雜物各向同性與各向異性的鑒別

　　夾雜物按光學性質可分為各向異同性和各幾異性兩大類，這兩類夾雜物可在偏振光下鑒別。表1給出了鋼中常見夾雜物的性能和特征。表2給出了在暗場及偏振光下系統(tǒng)鑒定夾雜物程序表。

　　各向同性的夾雜物在正交偏振光下，看到黑暗的消光現(xiàn)象，在轉動載物臺一周(360°;)時，其亮度不發(fā)生變化。各向異性的夾雜物在正交偏振光下不發(fā)生消光現(xiàn)象，在轉動載物臺一周(360°)時會看到四次消光和四次最亮的現(xiàn)象。對某些弱各向異性的夾雜物，可使檢偏振鏡轉動一個小的角度θ;，在偏振鏡下完全正交下觀察。在轉動載物臺時，弱各向異性的夾雜物出現(xiàn)兩次消光和兩次最亮的現(xiàn)象。

　　2.夾雜物的透明度及固有色彩的顯示

　　在非金屬夾雜物中，不少是透明并帶有色彩的，但一般顯微鏡明場照明時，光線透過夾雜物并在與金屬基體的交界面處反射出來，夾雜物一般比較細小，其反射光與基體的反射光混淆在一起，因此，不能分辨出夾雜物的透明度及固有色彩。在正交的偏振光下，金屬基體為各向同性，反射光被正交的偏振鏡阻擋，呈黑暗的消光現(xiàn)象。而夾雜物處的反射光由于華僑入射的結果而能透過正交的偏振鏡，從而能夠顯示出夾雜物的本來面目。

　　3.“黑十字”特征

　　各向同性的球形透明夾雜物在正交偏振光下會呈現(xiàn)“黑十字”現(xiàn)象。這是由于透明夾雜物的規(guī)則外形所決定的。因為夾雜物為球狀，偏振光射到夾雜物與基體交界處被反射出來，相當于偏振光斜射到晶體表面，反射光出現(xiàn)相位差別改變了其振動方向，能夠通過正交的檢偏振鏡。而與偏振光的振動方向平行或垂直的兩個入射面不改變其振動方向，反射光則不能通過正交的檢偏振鏡，觀察到的是黑暗的消光現(xiàn)象，使透明的球形夾雜物出現(xiàn)“黑十字”特征。當球形夾雜物的外形遭到破壞后，“黑十字”特征也隨之消失。圖10為鋼中球形SiO2夾雜物。