材料分析技术

材料分析技术第一页，共九十四页，编辑于2023年，星期一几何光学原理适用条件：物体的几何尺寸远大于光波波长阿贝成像原理（光的衍射相干原理）适用条件：物体的几何尺寸接近或小于光波波长§2.1显微镜的成像原理第二页，共九十四页，编辑于2023年，星期一一几何光学原理第三页，共九十四页，编辑于2023年，星期一二、阿贝成像学说第四页，共九十四页，编辑于2023年，星期一§2.2透镜的像差一、球面像差第五页，共九十四页，编辑于2023年，星期一二、色差第六页，共九十四页，编辑于2023年，星期一第七页，共九十四页，编辑于2023年，星期一四、像域（场）弯曲第八页，共九十四页，编辑于2023年，星期一§2.3显微镜的物镜一．数值孔径(NumericalAperture)1．定义：

物镜收集光线的能力。物镜对试样上各点的反射光收集得越多，成相质量越好。2．表示法：数值孔径常用N.A.表示

N.A.=nsinφ

n-物镜与试样之间介质的折射率；

φ-物镜孔径角的一半。第九页，共九十四页，编辑于2023年，星期一3．影响因素（1）孔径角的大小。孔径角越大，物镜前透镜收集光线的能力就越大。孔径角的大小取决于前透镜的尺寸和物镜的工作距离。（2）物镜与试样之间介质的折射率。折射率越大，数值孔径越大。

①干系物镜(介质为空气)：n＝1，N.A.=nsinφ<1，一般为0.9左右。

②油浸物镜（介质为折射率较大的物质）：由于物镜与试样之间介质的折射率增大，因而进入物镜的光线增加，增加了数值孔径。第十页，共九十四页，编辑于2023年，星期一孔径角为2φ的油浸物镜收集光线的能力相当于孔径角为2φ1的干系物镜。当介质为n＝1.515的松柏油时，数值孔径值最大可达1.4左右。第十一页，共九十四页，编辑于2023年，星期一二．分辨率和有效放大率1.分辨率（1）定义：指显微镜能清晰地分辨试样上两点间最小距离的能力，用最小距离d表示。（2）影响因素：主要取决于物镜的分辨率，目镜只能放大物镜已分辨的细节。物镜分辨率：

d=λ/(2N.A.)

注意：对于一定波长的入射光，物镜的分辨率完全取决于物镜的数值孔径；数值孔径越大，分辨率就越高第十二页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2．有效放大率（1）定义：为了充分利用物镜的分辨率，使操作者看清已被物镜分辨出的组织细节，显微镜必须有适当的放大率，引入有效放大率的概念。（2）表示方法：人眼的分辨率与物镜的分辨率之比值，即M=d’/d

d’-人眼在明视距离处能分辨的最小尺寸

d-物镜能分辨的最小尺寸第十三页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（3）有效放大率范围人眼在明视距离处的分辨距离为0.15～0.30mm。d’=0.15～0.30mmd=λ/(2N.A.)

M=d’/d=2N.A.d’/λ=(0.3～0.6)N.A./λ

设λ

=0.55μm(黄绿光)

则近似为:

500N.A.<M<1000N.A．第十四页，共九十四页，编辑于2023年，星期一有效放大率范围:500N.A.<M<1000N.A．①放大率小于下限时，人眼不能看清物镜已分辨的组织细节；②放大率大于上限时，人眼不能看到更多的细节，物体的像反而不如放大率较低时清晰，这种放大称为“虚放大”或“无效放大”。第十五页，共九十四页，编辑于2023年，星期一N.A.=0.25，M有效

=125～250，M实际

=600〉250，成像不清楚；b)N.A.=0.95，M有效

=475～950，475〈M实际

=600〈950，成像质量较好可分辨珠光体叶层片。例:在放大率及照明光线波长相同的条件下，采用不同数值孔径的物镜观察珠光体组织。第十六页，共九十四页，编辑于2023年，星期一第十七页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（4）应用：由物镜选择与之配合的目镜通过有效放大倍数，可以正确选择物镜与目镜的配合。

不能用一只物镜来选配各种目镜来获得任意的放大倍数。例：选用N.A.=0.65的32倍物镜，当入射光为0.55μm时，M有效=（500～1000）N.A.=325～650，M目=M有效/M物=(325~650)/32=10~20故应选择10～20倍目镜与之配合，如目镜低于10倍，则未充分发挥物镜的分辨率，如目镜高于20倍，会造成虚放大(无效放大)。第十八页，共九十四页，编辑于2023年，星期一三.焦深(垂直分辨率，景深)1．定义：表示物镜对高低不平的物体能够清晰成像的能力。2．表示3．影响因素：主要取决于物镜的数值孔径。物镜的数值孔径越大，其焦深越小。4．人眼观察时的焦深：人眼观察时的焦深比照相时大第十九页，共九十四页，编辑于2023年，星期一具体应用：由于物镜N.A.越大，其焦深越小。在物镜N.A.特别大的情况下,显微镜可以具有很好的分辨率，但焦深很小。因此要根据需要选用N.A.合适的物镜。当显微镜用于高倍观察时，由于焦深小，只有在金相试样表面高低差别很小时，才能清晰成像，因而高倍观察所用的试样应浅腐蚀。第二十页，共九十四页，编辑于2023年，星期一21第二十一页，共九十四页，编辑于2023年，星期一1．工作距离

（1）定义：物镜的工作距离是指显微镜准确聚焦后，试样表面与物镜的前端之间的距离。

（2）影响因素：物镜的放大率。放大率越高，工作距离越短。

四．工作距离与视场范围第二十二页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2．视场范围：（1）定义：是指显微镜中所观察到的试样表面区域的大小。

（2）影响因素：物镜的放大率。视场范围与物镜的放大率成反比，放大率越高，视场范围越小。第二十三页，共九十四页，编辑于2023年，星期一五、物镜的构造不同的物镜差异很大，但均可看作各种透镜固定在金属圆筒内的复式透镜组。(10×)消色差物镜的结构如下：前透镜组：由双凹透镜和双凸透镜胶合而成，固定在物镜的前端，起放大作用；后透镜组：由一片双凸透镜和一片双凹透镜胶合在一起，固定在镜筒里，处于物镜前组之后，主要起到校正前透镜组的像差，提高成像质量的作用；第二十四页，共九十四页，编辑于2023年，星期一第二十五页，共九十四页，编辑于2023年，星期一六．物镜的基本类型根据对各种像差校正程度的不同，一般将物镜分为消色差物镜、复消色差物镜和平视场物镜三大类。

1.消色差物镜(achromat)

特点：（1）对球差的校正限于黄绿光范围内；（2）对色差只校正红绿光,因此仍有残余的色差。（3）像域弯曲仍然存在；（4）结构简单，成本低，视场中部像差基本上得到校正，在显微镜中最为常用。第二十六页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2．复消色差物镜(apochromat)特点：（1）质量很高的物镜，对色差可校正红、绿、紫三个波区(整个可见光范围)；（2）球差校正可达绿紫光范围；（3）对像域弯曲没有根本的改善；（4）对光源没有任何限制，一般数值孔径较大，成像质量较高，适于高倍观察。第二十七页，共九十四页，编辑于2023年，星期一3．平视场物镜：以视场平面校正的广度为标准的（1）特点：①可使像域弯曲得到很好的校正；②显著地扩大了像域的平整范围，使整个视场都比较清晰，适于观察，更有利于照相；③镜片更多，生产成本较高。（2）分类：平场消色差物镜和平场复消色差物镜，对球差和色差的校正分别与消色差物镜和复消色差物镜相同。（3）平场物镜标有PL标志。第二十八页，共九十四页，编辑于2023年，星期一1、物镜类型：消色差物镜一般不标符号，其它类型物镜有标志；2、放大标志：用×表示，有的物镜标出焦距，如F8表示焦距为8mm；3、数值孔径：用NA表示，往往省略符号直接标数字，如0.65；4、机械镜筒长度：如160表示长度为160mm，∞表示任意机械长度；5、介质符号：表示物镜与试样之间的介质，干系物镜介质为空气，不标符号；油浸物镜刻有Hi、Oil或Öl；6、盖玻片厚度：盖玻片用于透射式显微镜，金相显微镜一般不用，以“0”或“-”表示。七、物镜的识别第二十九页，共九十四页，编辑于2023年，星期一目镜的作用：1．将物镜放大的实像再放大；观察时在明视距离处形成放大虚像，照相时在底片上形成放大实像。2．可以校正物镜未能完全校正的像差。§2.4目镜第三十页，共九十四页，编辑于2023年，星期一一．惠更斯(Huygens)目镜1．结构：由两片未经过色差校正的凸透镜组成。（1）目透镜：靠近眼睛的一片称为目透镜，起放大作用；（2）场透镜：另一片称为场透镜，它的作用使映像亮度均匀；（3）光栏：在两块透镜之间的目透镜焦平面放一光栏，把显微刻度尺放在此光栏上，就能从目镜中观察到叠加在物像上的刻度。第三十一页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2．作用：既可用于观察，又可用于照相。（1）观察：当物镜所成的像在目透镜焦点之内时成放大虚像，可进行显微观察；（2）照相：当所成像在目透镜焦点之外时成放大的实像,可进行显微摄影。第三十二页，共九十四页，编辑于2023年，星期一3．特点（1）不能单独作为放大镜使用，因为目镜焦点在两片透镜之间。这种不能单独当作放大镜使用的目镜称为负型目镜；（2）没有校正像差,只适合与低、中倍消色差物镜配合使用，它的放大倍数一般不超过15倍。（3）结构简单，价格便宜，最为常用。第三十三页，共九十四页，编辑于2023年，星期一二．拉姆斯登(Ramsden)目镜1．目镜的焦点位于场透镜之外，可以看作单一的凸透镜，并能单独作为放大镜使用，这种可以单独当作放大镜使用的目镜称为正型目镜；2．对像域弯曲和畸变有很好的校正。3．在同样的放大倍数下，视场比负性目镜小。第三十四页，共九十四页，编辑于2023年，星期一三．补偿目镜1．是一种特制的可校正垂轴像差的目镜，分负型和正型两种；2．配合N.A.>0.65的消色差物镜、所有的复消色差物镜及平场消色差物镜使用，可以消除后者校正不足的垂轴色差，使得边沿也能得到清楚的影像；3．可用于高倍观察。4．标志：端面标有K字和放大倍数。四．广视场目镜：又称为平场目镜或广角目镜，配合平视场物镜使用，可以扩大初次放大实像的有用面积。第三十五页，共九十四页，编辑于2023年，星期一§2.5金相显微镜的照明一．光源：通常采用钨丝白炽灯、卤素灯、碳弧灯及氙灯等。1．钨丝白炽灯(1)工作电压一般为6～8V，功率为15～100W。(2)适合于金相组织的观察。(3)缺点:寿命短。（钨丝白炽发光时，表面钨会蒸发扩散而聚集在灯泡上，使灯发黑，降低照明亮度，同时灯丝逐渐变细以致断掉。）第三十六页，共九十四页，编辑于2023年，星期一

2.卤素灯(卤钨灯）（1）特点：在装有钨丝的石英玻壳内中加入少量的碘，通过“碘钨循环”，有效地避免了普通钨丝白炽灯寿命短的缺陷。（2）原理：碘分子(I2)在高温灯丝附近分解为碘原子(I)，碘原子与灯泡壁上的钨在250～1200℃的范围内可化合生成易挥发的碘化钨(WI2)，碘化钨一扩散到高温(>1400℃)的钨丝上又会分解出金属钨，沉淀到灯丝上。如此循环可以避免灯泡发黑，延长灯泡的使用寿命第三十七页，共九十四页，编辑于2023年，星期一3.碳弧灯（1）原理：利用两支暴露在空气中而相互靠近的碳棒，通电后产生强烈的电弧发出亮度很高的光。（2）电源：一般采用交流电源供电；（3）优点：点光源，具有均匀的辐射表面，适合于临界照明；（3）缺点：电弧闪烁跳动，光源不稳定，特别不利于照相。第三十八页，共九十四页，编辑于2023年，星期一4.氙灯（1）原理：在石英玻璃管内装上钨电极充上高压氙气，利用放电发光。（2）特点：①光强高、输出稳定、寿命较长；②具有类似白光性质的连续光谱，可用于彩色照相；③是金相显微观察的最新光源之一；④容易爆炸，使用时要特别注意安全（安装或更换时要戴防护眼镜或面罩以及防护手套）。

第三十九页，共九十四页，编辑于2023年，星期一二.照明方法：临界照明与科勒照明1.临界照明：1885年由英国爱德华.纳尔逊发明

（1）特点：光源的像通过聚光透镜首先聚焦在视场光栏上，然后与孔径光栏的像一起聚焦在试样表面；相当于在物平面上放置光源；

（2）优点：可以得到最高的亮度；

（3）缺点：要求光源具有非常均匀的辐射表面（点光源）。（否则在视场中将会看到光源的放大影像，这对观察显微组织细节和显微照相都是很不利的。）第四十页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2.科勒照明1893年，科勒(KÖhler)提出（1）特点：光源的像通过聚光透镜首先聚焦在孔径光栏上，然后与孔径光栏的像一起聚焦在物镜的后焦面。第四十一页，共九十四页，编辑于2023年，星期一克服临界照明中物面光照度不均匀的缺点第四十二页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（2）优点

1）可以使物镜的后焦面得到充分的照明，因而可以最充分地发挥物镜的分辨率；2）可以使视场得到非常均匀的照明，对光源均匀性的要求也不象在临界照明时那样严格。第四十三页，共九十四页，编辑于2023年，星期一明场照明和暗场照明1．明场照明金相显微镜主要的照明方式。（1）照明过程:①光源光线通过垂直照明器转90°角进人物镜，垂直地(或接近垂直地)射向样品表面。②由样品反射回来的光线再经过物镜到目镜。三．照明方式：第四十四页，共九十四页，编辑于2023年，星期一在明场照明中，试样的表面通常对着显微镜的光轴，将光反射回物镜中。光线通过物镜到达试样表面，虚的光线将反射回物镜并通过目镜到达眼睛，最后呈现明亮的反射光。如果光线照射到不能将光线以一定角度反射回光轴的地方，例如晶界、相界或其它的地方，那么光线就不能被物镜收集，这些区域在图像里就会呈现暗黑色。明场照明示意图第四十五页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（2）特点：①如果试样是一个抛光的镜面，反射光几乎全部进入物镜成像，在目镜中可看到明亮的一片。②如果试样抛光后再经过腐蚀，试样表面高低不平，则反射光将发生漫射，很少进入物镜成像，在目镜中看到的是暗黑色的像，其结果是显微组织呈黑色影象映衬在明亮的视野内。第四十六页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2.垂直照明器①作用：使来自光源的光线偏转90°。②分类：两种，平面玻璃和棱镜。光路不同，效果也不一样。第四十七页，共九十四页，编辑于2023年，星期一1）用平面玻璃做垂直照明器优点：a．由于投射在样品上的光线是垂直入射，因而成像平坦、清晰；b．平面玻璃反射可使光线充满物镜的后透镜，有利于充分发挥物镜的鉴别能力，适用于中倍和高倍观察。缺点：平面玻璃反射光线损失大（光线透过玻璃而损失），即使采用最好的平面玻璃，最后到达目镜的光线也差不多只有四分之一，故成像的亮度小，衬度也差。第四十八页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2）用棱镜做的垂直照明器：很少使用优点：a．可造成一定的立体感，有利于观察表面浮凸；b．能使光线全部反射到物镜后透镜上，光线损失极少，成像亮度大，有较好的衬度。缺点：棱镜占了镜筒的一半，由试样返射回来的光线，一半通过物镜后被棱镜阻挡而损失，也就是说物镜实际使用的孔径角减小了一半，即数值孔径减小，从而大大降低了物镜的分辨率，因此只适用于低倍观察，一般不超过100倍．第四十九页，共九十四页，编辑于2023年，星期一

3．暗场照明：用于鉴别非金属夹杂物等特殊用途（1）照明过程①平行光束通过暗场环形光栏，中心部分被挡住，形成管状光束；②管状光束经过垂直照明器反射，再经过暗场曲面反射镜的反射，以很大的倾角投射在样品上。第五十页，共九十四页，编辑于2023年，星期一暗场照明示意图将明场照明下的对比反差完全颠倒过来-明场中亮的部分变暗，明场中暗的部分变亮，看起来就像自身在发光一样。这些被高亮显示的地方(凹坑、裂纹或腐蚀的晶界)比明场照明下更容易被鉴别。由于图像的高反差和高亮显示，所以经常用来观察明场下不能看到的一些细节。第五十一页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（2）特点①管状光束从物镜四周通过的，物镜未通过光线从而未起聚光作用。②如样品表面平滑均匀，则投射光线以很大的倾角反射出去，光线不进入物镜，在目镜中看到的是一片暗黑色。③如样品表面高低不平，则反射光线就有部分进入物镜而形成明亮的像,其结果是显微组织以明亮的影象映衬在漆黑的视野内。这与明场照明下观察的结果正好相反。第五十二页，共九十四页，编辑于2023年，星期一为什么在暗场照明下能鉴别非金属夹杂物的透明度呢？因为在明场照明时，金属基体的反射光很强，使夹杂物的透明度显不出来。而暗场照明时，金属基体的反射光大部分不能进入物镜，光线投射在夹杂物与金属交界面时产生反射，透明的夹杂物成明亮色，不透明的夹杂物便成暗色。第五十三页，共九十四页，编辑于2023年，星期一四.光栏（光阑）：

孔径光栏和视场光栏

1.孔径光栏

（1）定义：安装在聚光透镜后面，用来控制入射光束的粗细，其大小可改变入射光到物镜的光束的孔径角，从而改变了物镜的数值孔径，故称之为孔径光栏。第五十四页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（2）对成像质量的影响：①当孔径光栏缩小时，球面像差降低，物镜的孔径角缩小，分辨率降低。②当孔径光栏扩大时，物镜的孔径角增大，分辨率提高；但是由于球面像差的增加以及镜筒内部反射与炫光的增加，使成像质量将降低。（3）调节：以光束充满物镜后透镜为准，并根据成像的清晰程度来判断。

第五十五页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2.视场光栏（1）定义：视场光栏在孔径光栏之后，用来改变显微镜视场的大小，因此称之为视场光栏。（2）对成像质量的影响：不影响物镜的分辨率，缩小视场光栏，可以减少镜筒内的反射及炫光，提高成像的衬度和质量。但视场光栏缩得太小，会使观察范围太窄。（3）调节：一般应调节到与目镜视场大小相同。第五十六页，共九十四页，编辑于2023年，星期一五.滤色片：显微镜的辅助部件主要作用：1.配合消色差物镜使用黄绿色滤色片，可以使像差得到最大限度的校正；2.利用滤色片使用波长较短的光波，可以提高物镜的分辨率；3.控制光源的强度。第五十七页，共九十四页，编辑于2023年，星期一58第五十八页，共九十四页，编辑于2023年，星期一第三章偏振光显微镜第1节偏振光的基础知识第2节偏振光的反射原理第3节偏振光装置及调整第4节偏振光显微镜的应用第五十九页，共九十四页，编辑于2023年，星期一§3.1偏振光的基础知识1．自然光光是一种电磁波，属于横波(振动方向与传播方向垂直)。一切实际的光源，如太阳光、烛光、日光灯及钨丝灯发出的光都叫自然光，其电磁波的振动在各个方向上的几率相等。一、自然光和偏振光第六十页，共九十四页，编辑于2023年，星期一a自然光

b偏振光2．偏振光自然光在穿过某些物质，经过反射、折射、吸收后，电磁波的振动可以被限制在一个方向上，其它方向的振动被削弱或消除。在某个确定方向上振动的光称为偏振光。偏振光的振动方向与光波传播方向所构成的平面称为振动面。第六十一页，共九十四页，编辑于2023年，星期一二、光的双折射现象和晶体的光轴1．光的双折射现象当一束光线射入各向异性的晶体中时，要分裂为两束沿不同方向传播的光线，这种现象叫双折射现象。

发生双折射的两束光线都是偏振光。第六十二页，共九十四页，编辑于2023年，星期一在各向异性晶体中，存在有某些特殊方向，在这些方向上不发生双折射，这些方向称为晶体的光轴。有一个光轴的晶体叫一轴晶，如方解石、石英；有两个光轴的晶体叫二轴晶，如云母、蓝宝石等。注意：光轴是在晶体内的，光轴是一个方向2．晶体的光轴第六十三页，共九十四页，编辑于2023年，星期一3．寻常光线：在晶体内的传播遵守光的折射定律，改变入射方向时传播速度（折射率）不发生变化，用

o表示。4．非常光线：在晶体内的传播不遵守折射定律，当入射光线方向变化时，它的传播速度（折射率）也随之变化，用e来表示。第六十四页，共九十四页，编辑于2023年，星期一三、起偏振镜

在偏光显微镜中能产生偏振光的偏振片称起偏振镜，即用来产生偏振光的装置。如：尼科尔棱镜、人造偏振片

第六十五页，共九十四页，编辑于2023年，星期一1.尼科耳棱镜由方解石晶体做成，利用方解石的双折射现象获得偏振光。（1）结构①取长度约三倍于厚度的方解石晶体，将两端的天然面研磨成68°角，然后将晶体剖开，成两块直角棱镜。②用加拿大树胶将剖面粘合成一长方柱形棱镜。加拿大树胶为光性均质体（非双折射物质），对于黄绿光:Ne＝1.5159<n＝1.540<No＝1.6583

③将侧面CN涂黑，就制成了尼科耳棱镜。第六十六页，共九十四页，编辑于2023年，星期一尼科耳棱镜第六十七页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（2）原理：o光吸收，e光通过，从而获得偏振光。（3）优点：对各色可见光透明度都很高，并能够均匀完全起偏，因此可以获得较强的偏振度极高的直线偏振光。（4）缺点：天然方解石质脆，对紫外线不透光，且价格昂贵，制造比困难。第六十八页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2.人造偏振片（1）起偏原理：晶体的二色性。自然光射入某些晶体时可以产生振动方向互相垂直的两束直线偏振光，同时将其中一束强烈吸收，另一束通过，晶体的这种性能叫晶体的二色性。用具有二色性的晶体制造的偏振片可用来产生偏振光。第六十九页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（2）偏振片类型：①电气石晶体：能够强烈吸收寻常光线，1mm厚的电气石晶体即可把寻常光线全部吸收而让非常光线通过，产生一束非常光线的偏振光。②过碘硫酸奎宁：是二色性极强的晶体，0.1mm厚的薄膜就足以使自然光变成直线偏振光。③聚乙烯醇薄膜：将聚乙烯醇的分子拉伸成为线性结构，平行排列，则其薄膜只允许平行分子排列方向振动的光通过，而产生直线偏振光。第七十页，共九十四页，编辑于2023年，星期一四、检偏振镜1.定义：在起偏振镜后面，也叫分析器，用来分析偏振光的类型和相干情况。第七十一页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2.检偏原理：转动检偏振镜，观察光的强度变化。（1）直线偏振光①当两个偏振镜振动轴平行时，起偏振镜A产生的偏振光可以完全通过检偏镜B；②当A、B振动轴成一定角度时，A产生的偏振光只有部分能通过检偏镜B；③当A与B的振动轴垂直（正交检偏）时，A产生的偏振光完全被B阻挡，产生消光现象。第七十二页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（2）圆偏振光：用检偏振镜检查时不发生消光现像，光的强度不发生变化。（3）椭圆偏振光：用检偏振镜检查时也不发生消光现象，但光的强度要发生变化，当B的振动轴与椭圆长轴重合时，光的强度最大，与椭圆的短轴重合时，光的强度最小。第七十三页，共九十四页，编辑于2023年，星期一一、偏振光的反射特性直线偏振光入射到金属磨面上，将分解为沿光轴方向振动的和垂直于光轴方向振动的两束偏振光。对光性均质体(各向同性介质)

，此两束光的反射系数相同。对光性均非质体(各向异性介质)

，此两束光的反射系数不同，分别为R和S。（即偏振光在光性均非质体表面反射时不遵循反射定律，不同方向反射系数不同）§3.2偏振光的反射原理第七十四页，共九十四页，编辑于2023年，星期一二．偏振光在光性非均质体表面的反射情况1．假设条件（1）正交偏振：起偏振镜的振动方向为PP，检偏振镜的振动方向为AA；（2）光性非均质体的光轴与PP方向的夹角为θ

；（3）偏振光在光性非均质体的光轴方向上的反射率为R，垂直于光轴方向上的反射率为S，R≠S(R＝S为光性均质体的反射)，R>S；（4）一束光经起偏振镜后得到振幅为F的沿PP方向振动的偏振光，入射到光性非均质体表面上。第七十五页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2．讨论（3）反射光合成：振幅：方向：即反射后的直线偏振光不再是PP的振动方向，而是转过一个ω角度：（2）偏振光反射：（1）偏振光分解：第七十六页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（4）结果：合成后的偏振光由于其方向不再是PP的振动方向，因此有一分量（I+）可以通过与之正交的检偏振镜。通过检偏镜的光强大小与入射光和晶轴之间的夹角θ有关，夹角不同，得到的光强不一样。第七十七页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（1）对于光性均质体，(R-S)=0，I+=0，转动载物台一周（即改变θ的大小

），在目镜看到黑暗的全消光现象。（2）对光性非均质体，(R-S)≠01）当转过的θ角为0，90，180，270时，sin2θ=0，产生消光现象；2）当转过的θ角为45°，135°，225°，315°时，sin2θ＝1，此时光线最强；3）当转过的θ角为其他角度时，显微组织的亮度在上两种情况之间。故:在转动光性非均质体晶体一周（360°）的过程中，将观察到四次明亮和四次消光，即出现四明四暗现象。3．结论第七十八页，共九十四页，编辑于2023年，星期一一、偏振光装置§3.3偏振光装置及调整第七十九页，共九十四页，编辑于2023年，星期一第八十页，共九十四页，编辑于2023年，星期一二、偏振光装置的调整包括起偏振镜位置的调整、检偏振镜位置的调整以及载物台中心位置的调整。1、起偏振镜位置的调整（1）调整目的：为了使从起偏振镜出来的偏振光振动面水平，以保证经垂直照明器平面玻璃反射进入物镜的偏振光强度最大，且仍为直线偏振光。第八十一页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（2）调整方法1）将经过抛光而未经腐蚀的不锈钢试样（光性均质体）放在载物台上；2）除去检偏振镜，只装起偏振镜；3）从目境内观察聚焦后试样磨面上反射光的强度，转动起偏镜，反射光强度发生明暗变化，当反射光最强时，就是起偏振镜振动轴的正确位置。第八十二页，共九十四页，编辑于2023年，星期一2、检偏振镜位置的调整（1）起偏振镜位置调整好后，装入检偏振镜，调节检偏振镜的位置，当在目镜中观察到最暗的消光现象时，就是检偏振镜与起偏振镜正交的位置。（2）在实际观察中，常将检偏振镜作一个小角度的偏转，以增加显微组织的衬度。其偏转的角度由刻度盘上的刻度指示出来。

第八十三页，共九十四页，编辑于2023年，星期一3、载物台中心位置的调整（1）调整目的：利用偏振光鉴别物相时，经常需要将载物台作360°旋转，为使观察目标在载物台旋转时不离开视域，在使用前必须调节载物台的位置，使载物台的机械中心与显微镜的光学系统主轴重合。（2）调整方法：通过载物台上的对中螺钉进行调整。第八十四页，共九十四页，编辑于2023年，星期一一、材料显微组织的显示1、各向异性材料组织的显示（1）应用：利用偏振光照明，对各向异性的金属磨面经抛光后不腐蚀就可以看到明暗不同的晶粒，对于难腐蚀出清晰组织的材料来说是十分有利的分析途径。§3.4偏振光显微镜的应用第八十五页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（2）原理

根据偏振光的金相原理，显微镜中视野的亮度决定于入射光与试样光轴之间的夹角，当入射光一定时，光轴的位相就决定了视野的亮度，在各向异性的多晶体试样上，各个晶粒的光轴位相不同，在偏振光照明下，入射光与各个晶粒光轴的夹角也就不同，在正交的偏振光下通过检偏镜的光强不同，因此晶粒显示出不同的亮度。根据晶粒的明暗程度还可以判断晶粒的取向，具有相同亮度的晶粒取向一致。第八十六页，共九十四页，编辑于2023年，星期一（3）举例：球墨铸铁的石墨观察

第八十七页，共九十四页，编辑于2023年，星期一

2、各向同性材料组织的显示