非常有用的固体物理实验方法课第3章-光学显微分析

第3章光学显微分析3.1概述3.2光学透镜的成像原理3.3金相显微镜3.4金相试样的制备3.5偏光显微镜3.1概述1625年，人门第一次把一个放大用的工具命名为显微镜，直到1655年才开始用在科学上。

罗伯特·虎克制造的显微镜（1665）罗伯特·虎克观察到的细胞1665最早应用于科学用途的显微镜列文虎克和他的显微镜（约1680）列文虎克观察到的“小动物”18世纪单筒显微镜

18世纪双筒显微镜19世纪双筒显微镜普通光学显微镜相位差显微镜解剖显微镜光学显微镜3.2光学透镜的成像原理1、光的折射2、光的衍射3、透镜的像差1.光的折射光的折射特点：（1）介质中光传播的速度越大，则该介质的折射率越小；（2）光在真空中的传播速度最大。（3）同一介质的折射率因所用光波波长而异（折射率色散）对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。

光的折射定律：abABNIirII凸透镜的五种成像规律

(1)当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在像方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实像；

(2)当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在像方二倍焦距上形成同样大小的倒立实像；

(3)当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在像方二倍焦距以外形成放大的倒立实像；

(4)当物体位于透镜物方焦点上时，则像方不能成像；

(5)当物体位于透镜物方焦点以内时，则像方也无象的形成，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚像。2.光的衍射

光在传播过程中，如果遇到障碍物，其传播方向会发生变化，能绕过障碍物的边缘而继续前进而发生衍射现象。S1S2S1S2S1S2能分辨恰能分辨不能分辨

瑞利判据（Reyleigh’scriterion）：S1S2I对玻璃透镜，取最大孔径半角a=70～75°，在物方介质为油的情况下，n～1.5，则其数值孔径nsina=1.25～

1.35，上式可简化为如果两个物点靠近，相应的两个Airy斑也逐渐重叠．当斑中心间距等于Airy斑半径时，强度峰谷值相差19，人眼可以分辨。可见光的波长范围是390nm-760nm,3、光学透镜的像差

像差：在成像中出现的所有缺陷和偏差。按像差产生的原因来分类单色像差（球差、像场弯曲、像散）色差αP’象P’’透镜物P光轴球差RsRs越小，透镜的分辨率越高透镜物P光轴色差紫红3.3金相显微镜1、工作原理2、显微镜的结构1、工作原理显微镜的放大倍数M可由下式确定：

物镜：靠近物体的透镜。目镜：靠近眼睛的透镜。物镜使物体AB形成放大倒立的实像A‘B’（称为中间像）目镜将A‘B’放大成倒立虚像A″B″。其位置正好是明视距离（约为250mm处），在显微镜里看到的就是这个虚像A″B″。AB物镜A’B’目镜A’’B’’DLf目LAB物镜目镜A1B1B3A3f2D修改图物镜使物体AB形成放大倒立的实像A1B1（称为中间像）,目镜将A1B1放大成倒立虚像A3B3。其位置正好是明视距离（约为250mm处），在显微镜里看到的就是这个虚像A3B3。2、显微镜的结构

机械和支架系统滤光片组成光学放大系统照明系统物镜光源聚光镜目镜光学显微镜基本结构：1.

照明灯2.

聚光器3.

载物台和切片夹4.

推进器5.

物镜6.

粗细螺旋7.

目镜8.

照相机等接口物镜(objective)

物镜是光学显微镜成像系统中决定其分辨率（分辨本领）的最关键部件。根据像差的校正程度，物镜可分为下列几种(1)消色差物镜（apochromaticobjective）(2)复消色差物镜(apochromaticobjectiveAPO)(3)萤石物镜(fluoriteobjectiveFL)(4)平场物镜(planobjective)

“PL”(平场消色差物镜)

“PL．APO”(平场复消色差物镜)

“PL·FL”（平场萤石物镜）物镜的种类消色差物镜（apochromaticobjective）色差校正使可见光中红光和蓝光聚焦于一点，而黄绿光则聚焦于另一点。能够消除光谱中红光和蓝光所形成的色差。这种物镜与目镜配用时可达到消色差物镜所要求的光学性能。

根据介质情况分

(1)干燥系(drysystem)物镜

(2)浸没系(immersionsystem)物镜

油浸物镜外壳上刻有：“oil”、“imm”和“HI”等字样

水浸物镜刻有“W”或“Water”字样

油、水浸两用物镜则刻上“oil+w”字样

甘油浸没物镜刻有"Glyc"或“Glyz”等字样物镜的识别1）物镜类型国产：用英文缩写国外：用英文名称2)放大倍数

用数字表示，如4×、10×

、20×

、40×和100×等。

3)数值孔径（N．A）

如／0.25，／0.65和／1.3

4)标准机械筒长

160／0.17160／0或160／-；∞／0或∞／-

5)需用盖片情况

6)物镜与被检样品间的介质情况干镜头一般不标符号，凡油浸标“HI”或“oil”目镜(eyepiece，ocular)目镜可分下列几种：

1．惠更斯目镜(Huygeianeyepieces)

2．兰姆斯登目镜(Ramsdeneyepieces)

3．补偿目镜(compensatingeyepieces)

4．平场目镜(planeyepiece)

“PEN—PLAN”、“PLANOSCOPIC”、“PLAN”、“KPL"、“GF”和"GW”等。

5．摄影目镜(photographic·eyepiece)

1．钨丝灯

通常，工作电压6-8V,功率15-100W

2．卤钨灯

“碘钨循环”I2---2I---WI2---W+I23、碳弧灯

采用交流电，使相互接近的碳棒，产生强烈的电弧而发光4、氙灯

石英玻璃管内装钨电极并冲入高压氙气，利用放电发光

照明光源（lightsource）聚光镜（condenser）

光源射出的光线通过聚光器汇聚成光锥照射标本，增强明度和造成适宜的光锥角度，提高物镜的分辨力。聚光器由聚光镜和虹彩光圈组成。调节聚光镜的高度和虹彩光圈的大小，可得到适当的光照和清晰的图像。

滤光片（filter）选用适当的滤光片，可以提高分辨力，增加影像的反差和清晰度。滤光片有紫、青、蓝、绿、黄、橙、红等各种颜色的，分别透过不同波长的可见光，可根据标本本身的颜色，在聚光器下加相应的滤光片。

(1)数值孔径(numerialaperture)显微镜的能力

(2)分辨率(resolvingpower)(3)放大率(magnification)(4)焦点深度(depthoffocus)3.4金相试样的制备取样镶样磨光抛光显示磨制

究竟选用何种方法，则视零件的大小、性质、材质和热处理工艺等具体条件而定，但截取的试样必须保证观察面的组织不受到影响。截取金相试样的方法很多，方法和种类如图所示。金相试样切割机1、取样试样截取方法气割机械法线切割砂轮切割锯机床打断车床铣床刨床2、镶样小试样的夹持方法（a）薄片试样；（b）块状试样

一般情况下，如果试样大小合适，则不需要镶样，但试样尺寸过小或形状极不规则者，如带、丝、片、管，制备试样十分困难，就必须把试样镶嵌起来。热镶样机热镶嵌----镶嵌材料有热固性塑料(如电木粉)、热塑性塑料(如聚氯乙烯)。电木粉不透明，有各种颜色，比较硬，试样不易倒角，但耐腐蚀性能比较差；聚氯乙烯为半透明或透明的，耐腐蚀性能好，但较软。镶样均需用专门的镶样机加压加热成型。冷镶嵌----对温度及压力极敏感的材料(如淬火马氏体与易发生塑性变形的软金属)，以及微裂纹的试样。环氧树脂、牙托粉镶嵌法对粉末金属，陶瓷多孔性试样特别适用。3、磨光

手工磨光