偏光对比显微成像初探
偏光显微镜，它在材料科学和地质学领域中大放异彩，主要是依赖其能根据矿物的折射特性和颜色来精准识别矿物。在生物学领域，这种显微镜则被用于揭示如晶体般的双折射结构，或者对植物细胞壁中的纤维素和淀粉粒进行精准成像。
双折射——显微观察的关键
双折射，指的是物体所拥有的将单束光通过折射分解为两束不同光线的特性。拥有高度有序分子结构的材料，如方解石或氮化硼晶体，都展现出双折射性。不仅如此，生物标本如纤维素或淀粉也具备这一特性。当双折射与线性偏振光相结合时，通过显微镜观察，两束不同光线的干涉可以产生色彩效果，如光环和结构发光。
偏光显微镜的光路与对准
要将普通光学显微镜升级为偏光显微镜，至少需要两个附加的偏振滤光片组件。为了检测双折射性，必须使用线偏振光照明。这要求在显微镜的光束路径中插入两个相互垂直的偏振滤光片。第一个起偏器产生偏振光照射样本，而第二个检偏器（也称为分析器）则仅允许特定方向上的折射光通过。
为了达到所谓的“全黑位置”，这两个偏振滤光片必须以90°的角度互成。当设置在这一位置时，没有光线可以进入目镜或相机，图像呈现为黑暗。实现“全黑”是利用偏光显微镜的关键步骤，因为它确保了只有因样本导致的偏振面变化的光线才可见。
图解：偏振显微镜的工作原理
未偏振的光通过起偏器1被极化为单一方向。当光线照样本上时，如果样本具有双折射或包含双折射结构，部分光线的偏振面会旋转90°（图中红线所示）。通过物镜放大的图像被投起偏器2上。如果起偏器2相对于起偏器1旋转90°，则只有经过样本双折射后偏振发生变化的光线才能被目镜或照相机捕捉到。
双折射材料的检测与显微镜设置
在检测过程中，重要的是确保被测双折射材料的偏振轴与第一个偏振片产生的光偏振轴相匹配。许多偏光显微镜配备了旋转平台，以便于调整和确保物体的偏振面与第一偏振滤光片的偏振面准确对准。
除了基本的显微镜功能外，偏光显微镜还可以搭配各种特殊附件，如贝特朗透镜用于观察物镜后孔聚焦的晶体图案，以及延缓板或补偿器用于对双折射样本进行定量分析。
偏光显微镜的实际应用
在多个实例中，偏光显微镜的应用展示了其强大的功能。例如，在观察波罗的海琥珀中的苍蝇时，即使琥珀理论上应该是光学各向的无定形物质，但在偏振光下仍能观察到内部应变造成的树脂流动结构和夹杂物造成的应变。
在材料科学和失效分析中，微观结构形态的检查至关重要。对冷轧钴、酒石酸晶体或蚀刻后的铝合金等样本进行偏光观察，可以增强颜色对比度和特定的微观结构形态。
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