微分干涉金相顯微鏡的組成和工作原理

微分干涉金相顯微鏡的組成和工作原理

微分干涉金相顯微鏡多被用于分析材料，其呈現出來的層次明顯，并且呈明顯的浮雕狀，對顆粒、裂紋、孔洞以及凸起等能作出正確的判斷，能更好的辨別出一些普通顯微鏡難以判斷的結構細節及缺陷。下面，上海巴拓儀器有限公司向大家介紹一下微分干涉顯微鏡的相襯法基本原理：

    1、微分干涉相襯法所需部件：起偏器、檢偏器、微分干涉相襯組件插板(DIC組件插板)，以及補色器(λ- 片)。起偏器和檢偏器是在對金相樣品進行正交偏振光觀察中必不可少的基本配套部件，組裝在明/暗場照明組件中，也是微分干涉相襯法必不可少的部件。起偏器是把光源變為按東- 西方向振動的線偏振光；檢偏器可以使滿足干涉條件的相干光進行干涉。

    DIK組件插板是微分干涉相襯法的核心部件，其上裝配有以渥拉斯頓棱鏡為基礎改良后的DIC棱鏡。DIK組件插板上有兩個調節旋鈕，其中較大的一個用來調節組成DIC棱鏡的兩個棱鏡間的相對位置，使其厚度產生微小的改變從而引起光程或光程差的微小變化，產生明顯的干涉相襯效果；較小的一個用來調節DIC棱鏡的高低位置，以配合不同倍數物鏡后焦平面位置上的差異，從而確保DIC觀察視場中能獲得均勻的照明。

    補色器(λ- 片) 由石膏制成，插在線偏振光的照光路中用以增加一個光波波長約550nm的光程差，使干涉級序升高一級，保證視野中樣品的不同組織細節獲得豐富的色彩，從而利于金相組織的觀察和分析。

    2、微分干涉相襯的基本原理：微分干涉相襯法的基本原理如圖所示。由光源出射的照明光經起偏器后變為東-西方向振動的線偏振光，第一次進入DIC棱鏡內部時分為尋常光(o光)和非尋常光(e光)，這兩束光微微分開，而其振動方向相互垂直。

   鋼鑄態組織可觀察到樣品表面有明顯的凹凸感，晶界及沿晶界分布的碳化物非常明顯當o光和e光穿出棱鏡時，兩者具有一定的光程差T1，這兩束光通過物鏡照射到樣品上時，就有可能照射于不同的表面狀態上。也就是說，這兩束光的波前接觸到了樣品上的不平整表面、裂紋、微孔、凹陷、晶界等，都會產生不同情況的反射，再加上不同物相上光的折射率差異產生的光波相位變化，從而產生了新的附加光程差T0。當這兩束光由樣品表面反射后，穿過物鏡第二次進入DIC棱鏡，波前又產生了新的光程差T2 并進行合并。但這兩束光仍然是相互垂直的線偏振光，并未產生干涉。在進入檢偏器之前，總的光程差T總=T1±T0±T2 只有符合光程差條件T總=(2k + 1)λ/2，其中(k= 0，1，2等) 的光波波前，才可能通過檢偏器。也就是說，線偏振光兩次通過DIC棱鏡后，只有那些經樣品反射而其總光程差等于所用光源光波半波長奇數倍的波前，才能滿足干涉條件而通過檢偏器而進行干涉。當將DIC棱鏡的兩半部分進行適當的移動(即調節DIK 插板上較大的旋鈕)，則T1和T2 的比率就會發生變化:調節旋鈕使DIC 棱鏡在顯微鏡的光軸上為對稱時(即棱鏡上下兩半部分沒有相對位移)，有T1=T2，視場中光強分布只與光程差T0有關，而T0是由樣品上的不平整度以及物相造成的光波相位變化而引起的光程差。

    除了在樣品表面上由于物相間折射率的差異導致的光波相位變化而引起的光程差之外，這種干涉方法所引起的樣品光程差與o光和e光的分開距離x值(低于顯微鏡的分辨率極限，約012μm)有關，還與樣品表面上物相表面高度變化(凸起或凹下)梯度tgα(α為o光或e光入射于樣品表面的入射角)有關。即樣品成像的反差取決于o光和e光波前在樣品表面物相凸起或凹下的高度變化梯度所引起的光程差。當調節旋鈕使DIC 棱鏡上下兩半部分產生相對位移時，物相表面凸起或凹下兩個相反梯度所引起的光強差異就在顯微鏡的成像中產生了浮雕效果，與單一方向斜射照明光所產生的近似立體效果相同。此時干涉效果是零級干涉級序下的微分干涉效果，灰度最大者為零級灰，在零級干涉級序下干涉相襯的效果明顯，同時也是最大的，但僅能以不同灰度層次顯示。把補色器(或λ-片) 加在線偏振光的照明或檢偏器之前的成像光路中，可以將線偏振光在樣品不同物相或表面上引起的光程差擴大約550nm ，也就是擴大一個光波波長的長度，使干涉級序提高一級，把原先干涉出來僅以不同灰度顯示出來的層次轉為色彩鮮艷且富有立體感的彩色，零級灰轉為紅色(一級紅)，而其它的灰度階也依次變為橙、黃、綠、紫、粉紫以至于金黃色等對應的顏色。雖然加入補色器后干涉出來的色彩非常豐富，但干涉相襯的效果(即浮雕效果) 要相應減弱一些。