Принципы визуализации металлографического микроскопа
1. Светлое поле, темное поле.
Световое поле — это самый простой метод наблюдения образцов под микроскопом, который представляет собой яркий фон в поле зрения микроскопа. Основной принцип заключается в том, что когда источник света расположен вертикально или почти вертикально и освещает поверхность образца через линзу объектива, он отражается обратно в линзу объектива через поверхность образца, образуя изображение.
Отличие метода темного поля от метода светлого поля состоит в том, что в области поля зрения микроскопа появляется темный фон. Метод освещения в светлом поле представляет собой вертикальное или перпендикулярное падение, тогда как метод освещения в темном поле заключается в окружающем косом освещении за пределами линзы объектива. Образец будет рассеивать или отражать свет облучения, а свет, рассеянный или отраженный образцом, попадает в объектив для формирования изображения образца. Наблюдение в темном поле позволяет четко наблюдать бесцветные крошечные кристаллы или светлые крошечные волокна, которые трудно наблюдать в светлом поле.
2. Поляризованный свет, интерференция.
Свет — это электромагнитная волна, а электромагнитная волна — поперечная волна. Поляризацией обладают только поперечные волны. Его определяют как свет, электрический вектор которого колеблется фиксированным образом относительно направления распространения.
Явление поляризации света можно обнаружить с помощью экспериментального оборудования. Возьмите два одинаковых поляризатора A и B и пропустите естественный свет через первый поляризатор A. В этот момент естественный свет также становится поляризованным, но поскольку человеческий глаз не может его различить, необходим второй поляризатор B. Закрепите поляризатор A и поместите поляризатор B в той же горизонтальной плоскости, что и A. Поверните поляризатор B. Вы можете обнаружить, что интенсивность проходящего света периодически меняется при вращении B. Интенсивность света будет постепенно увеличиваться от максимума до максимума при каждом повороте на 90 градусов. Он ослабевает до самого темного, а затем поворачивается на 90 градусов, и интенсивность света постепенно увеличивается от самого темного к самому яркому. Поэтому поляризатор А называется поляризатором, а поляризатор В — анализатором.
Интерференция – это явление, при котором интенсивность света усиливается или ослабляется за счет суперпозиции двух столбцов когерентных волн (света) в зоне взаимодействия. Световую интерференцию в основном разделяют на двухщелевую интерференцию и тонкопленочную интерференцию. Интерференция с двойной щелью означает, что свет, излучаемый двумя независимыми источниками света, не является когерентным. Интерференционное устройство с двумя щелями заставляет один луч света проходить через двойные щели и превращаться в два луча когерентного света, которые взаимодействуют на световом экране, образуя стабильные интерференционные полосы. В интерференционном эксперименте с двумя щелями, когда разница расстояний между определенной точкой светового экрана и двойными щелями составляет четное число полуволн, в этой точке появятся яркие полосы; когда разница расстояний между определенной точкой на световом экране и двойными щелями составляет нечетное число полуволн, темные полосы, появляющиеся в этой точке, являются двухщелевой интерференцией Янга. Интерференция тонкой пленки — это явление, при котором два луча отраженного света образуются после отражения луча света от двух поверхностей пленки. Это явление называется интерференцией тонких пленок. При тонкопленочной интерференции разность хода отраженного света от передней и задней поверхностей определяется толщиной пленки, поэтому при тонкопленочной интерференции должна появиться одна и та же яркая полоса (темная полоса) там, где толщина пленки равна. Поскольку длина световых волн чрезвычайно коротка, при интерференции тонких пленок диэлектрическая пленка должна быть достаточно тонкой, чтобы можно было наблюдать интерференционные полосы.
3. Дифференциально-интерференционный контраст ДИК.
Металлографический микроскоп DIC использует принцип поляризованного света. Просвечивающий ДИК-микроскоп в основном состоит из четырех специальных оптических компонентов: поляризатора, ДИК-призмы I, ДИК-призмы II и анализатора. Поляризатор устанавливается непосредственно перед конденсационной системой для линейной поляризации света. В конденсаторе установлена ДИК-призма. Эта призма может разложить луч света на два луча света (x и y) с разными направлениями поляризации, причем два луча образуют небольшой угол. Конденсор выравнивает два луча света параллельно оптической оси микроскопа. Первоначально два луча света имеют одинаковую фазу. После прохождения соседних участков образца возникает оптическая разность путей между двумя лучами света из-за разной толщины и показателя преломления образца. В задней фокальной плоскости объектива установлена ДИК-призма II, которая объединяет две световые волны в одну. В это время плоскости поляризации (x и y) двух лучей света все еще существуют. Наконец, луч проходит через первое поляризационное устройство — анализатор. Прежде чем луч сформирует ДИК-изображение в окуляре, анализатор ориентируется под прямым углом к поляризатору. Анализатор объединяет две перпендикулярные световые волны в два луча с одной и той же плоскостью поляризации, заставляя их интерферировать. Оптическая разность путей между волнами x и y определяет, сколько света передается. Когда оптическая разность хода равна 0, свет не проходит через анализатор; когда оптическая разность хода равна половине длины волны, проходящий свет достигает максимального значения. Таким образом, на сером фоне структура образца демонстрирует разницу в светлом и темном свете. Чтобы добиться наилучшего контраста изображения, разность оптических путей можно изменить, отрегулировав продольную точную регулировку призмы DIC II. Оптическая разность путей может изменить яркость изображения. Регулировка DIC Prism II может привести к тому, что тонкая структура образца покажет положительное или отрицательное проекционное изображение, обычно одна сторона яркая, а другая темная, что создает искусственное трехмерное ощущение образца.
