Интерференционная микроскопия

Имеется два типа интерференционных микроскопов.

1. Интерферометры, в которых обеспечивается интерференция лучей, про­шедших через две различные части объекта.

2. Интерферометры, в которых луч, прошедший через объект, интерферирует с постоянным опорным сигналом, как показано на рис. 4.4.

Рис. 4.4.В интерференционном микроскопе светоделительная пластинка MS, делит лазерный пучок на два луча, одна половина которого направляется на контрольную пластинку, а вторая проходит через образец. Затем лучи объ­единяются в пластинке MS₂и попадают на датчик

Интерференционная микроскопия использует сложение двух когерентных волн с различным оптическим путем. Изменение уровня поверхности становит­ся видимым благодаря появлению интерференционных полос. Интерферограм­мы аналогичны контурным картам. Они позволяют очень точно измерять высоту поверхности.

Вторым типом интерференционного микроскопа является микроскоп Номарского. Основным его компонентом является призма Волластона, сделанная из двух склеенных кварцевых клиньев, разрешенные направления поляризации ко­торых взаимно перпендикулярны, как показано на рис. 4.5а. Схема микроскопа Номарского приведена на рис. 4.6b. Плоскополяризованный свет, отраженный полупрозрачным зеркалом, проходит через призму дважды. Первый раз до образ­ца, а второй раз после отражения от него. Для луча, поляризованного параллельно одному из направлений поляризации призмы, оптическая толщина призмы непрерывно изменяется от края до края. Луч, прошедший через призму на некотором расстоянии от ее центра, после отражения проходит через нее симметрично относительно центра. Как следствие, полный оптический путь равен удвоенному оптическому пути в центре призмы. В результате все лучи проходят одинако­вый оптический путь. Это условие необходимо для интерференции в плоскости изображения. При вращении анализатора изменяются условия интерференции двух плоскополяризованных световых лучей, в результате чего волны некоторой длины вычитаются, и создается цветное изображение. Когда анализатор поворачивают на угол 45°, один из двух лучей подавляется, и формируется нормальное изображение.

Рис. 4.5(а) — Призма Волластона использует эффект двулучепреломления для разделения луча на два луча с различной поляризацией. Двулучепреломляющий кристалл разрезают и склеивают, как показано на рисунке; (b) — схема интерференционного микроскопа Номарского, использующая призму Волластона

На объективах, предназначенных для интерференционных микроскопов Номарского, имеется надпись «NIC», а на объективах для дифференциально-интерференционного микроскопа — «DIC».

Поляризационный микроскоп

Еще одна возможность повысить контраст изображения прозрачного образца со­стоит в использовании скрещенных поляроидов. Поляризационный микроскоп отличается наличием двух поляроидов, один из которых находится до образца, в системе освещения, и называется поляризатор, а второй, называемый анализато­ром, расположен за образцом, в тубусе микроскопа. Один из поляроидов располо­жен во вращающемся специальном тубусе, на котором имеется шкала, позволяю­щая определять угол поворота. Обычно разрешенные направления поляризатора и анализатора устанавливаются взаимноперпендикулярно и параллельно измери­тельной сетке окуляра. При необходимости один или даже оба поляроида можно вывести из оптического хода лучей, что позволяет рассматривать образец в непо- ляризованном свете.

Если образец изотропен, то в скрещенных поляроидах поле зрения становит­ся темным. Если же образец двулучепреломляющий, то плоскость поляризации может быть непараллельна оптической оси образца. Поскольку обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются в материале с различной скоростью, вектор электрического поля будет вращаться. Следовательно, образец будет яр­ким на темном фоне.

В специальное гнездо, расположенное в тубусе микроскопа за объективом, можно вставить дополнительную пластинку, ориентированную под углом 45° к направлению поляризатора. Она помогает интерпретировать эффекты, обуслов­ленные поляризацией света. Эта пластинка состоит из тонких клиньев или плас­тин двулучепреломляющего материала, вырезанных определенным способом относительно кристаллографической оси. Для наблюдения интерференционных полос в заднюю фокальную плоскость объектива можно установить линзу Берт­рана. Ее размещают непосредственно под окуляром. Обратим внимание, что под действием механического напряжения стекло и полимеры становятся оптически анизотропными, причем степень анизотропии выше в областях концентрации напряжения. Это можно использовать для определения наиболее напряженных областей в деталях из прозрачных полимеров. Таким способом можно изучать напряжения в деталях механизмов и в конструкциях. Чтобы не появлялись оптические артефакты, объективы и покровные стекла в поляризационном микроскопе не должны иметь механических напряжений.

ЛЕКЦИЯ 5