Kính hiển vi phân cực thường được sử dụng trong các lĩnh vực khoa học và địa chất vật liệu để xác định khoáng chất theo đặc điểm và màu sắc khúc xạ của chúng. Trong sinh học, kính hiển vi phân cực thường được sử dụng để xác định hoặc hình ảnh các cấu trúc lưỡng chiết như tinh thể hoặc các hạt cellulose và tinh bột trong thành tế bào thực vật.
Birefringence là chìa khóa của kính hiển vi phân cực.
Các vật thể lưỡng cực có đặc tính phân tách một chùm ánh sáng duy nhất thành hai chùm tia khác nhau bằng khúc xạ. Các vật liệu lưỡng chiết bao gồm các vật liệu có cấu trúc phân tử có trật tự cao, chẳng hạn như các tinh thể canxit hoặc boron nitride. Mẫu vật sinh học (như cellulose hoặc tinh bột) cũng lưỡng chiết. Sự kết hợp giữa lưỡng chiết và ánh sáng phân cực tuyến tính có thể được sử dụng để quan sát kính hiển vi, có thể nhận ra sự can thiệp của hai chùm ánh sáng khác nhau, do đó tạo ra các hiệu ứng màu, chẳng hạn như hào quang và phát quang cấu trúc.
- Căn chỉnh và đường dẫn chùm tia phân cực
Kính hiển vi quang học thông thường cần ít nhất hai thành phần bổ sung để nhận ra quan sát kính hiển vi ánh sáng phân cực. Để phát hiện sự lưỡng chiết, ánh sáng phân cực tuyến tính phải được sử dụng để chiếu sáng. Do đó, hai bộ lọc phân cực phải được chèn vào đường dẫn chùm tia của kính hiển vi. Ánh sáng phân cực được tạo ra bởi bộ phân cực để chiếu sáng mẫu và bộ lọc phân cực thứ hai (được gọi là máy phân tích) giới hạn ánh sáng phát hiện ra ánh sáng khúc xạ.
Các bộ lọc phân cực phải ở góc 90 với nhau để đạt được cái gọi là "vị trí toàn màu đen". Khi bộ lọc phân cực được đặt ở vị trí này, sẽ không có ánh sáng vào máy ảnh hoặc thị kính và hình ảnh sẽ tối. Đặt nó thành "All Black" là một bước quan trọng của kính hiển vi phân cực, bởi vì nó có thể đảm bảo rằng chỉ có ánh sáng có mặt phẳng phân cực thay đổi do mẫu có thể nhìn thấy.
Hình 1: Nguyên tắc của kính hiển vi phân cực: Ánh sáng không phân cực được phân cực bởi phân cực 1. Sau khi đi qua bộ phân cực 1, ánh sáng được tập trung vào mẫu bởi thiết bị ngưng tụ. Nếu mẫu là lưỡng chiết hoặc có cấu trúc lưỡng chiết, mặt phẳng phân cực của một số tia sẽ bị biến dạng 90 (được biểu thị bằng đường màu đỏ trong bản phác thảo). Hình ảnh của mẫu được khuếch đại bởi ống kính khách quan và chạm vào độ phân cực 2. Nếu phân cực 2 bị xoắn 90 độ so với phân cực 1 (được gọi là "vị trí tối"), chỉ có ánh sáng thay đổi phân cực sau khi đi qua mẫu ống nghiệm có thể đến được. Do đó, chỉ bằng cách thay đổi cấu trúc của ánh sáng phân cực có thể nhìn thấy được.
- Phân cực và phân tích
Khi ánh sáng đi qua bộ lọc phân cực đầu tiên, ánh sáng phân cực tuyến tính được tạo ra. Nếu ánh sáng phân cực tuyến tính đi qua vật liệu lưỡng cực trên mặt phẳng phân cực chính xác, nó sẽ được khúc xạ và chia thành hai chùm tia và mặt phẳng phân cực của một số dầm sẽ được xoay qua 90. Do đó, chỉ có vật liệu lưỡng chiết mới có thể tạo ra hình ảnh trong kính hiển vi phân cực.
Hình 2: Ánh sáng phát ra từ ánh sáng mặt trời hoặc bóng đèn không được phân cực, nghĩa là sóng điện từ sẽ dao động theo mọi hướng. Nếu ánh sáng không phân cực đi qua phân cực 1, nó sẽ tạo ra ánh sáng với sự phân cực xác định, trong ví dụ này, ánh sáng phân cực theo chiều dọc. Nếu ánh sáng phân cực này được chiếu xạ trên phân cực 2 và phân cực 2 quay 90 độ, không có ánh sáng đi qua. Do đó, hai phân cực này ở trong cái gọi là "vị trí tối", bởi vì ánh sáng không còn có thể được nhìn thấy sau khi đi qua bộ phân cực thứ hai.
Điều quan trọng là trục phân cực của vật liệu lưỡng chiết được phát hiện là trên cùng một trục phân cực như ánh sáng được tạo ra bởi bộ phân cực đầu tiên. Do đó, nhiều kính hiển vi phân cực được trang bị các nền tảng quay để đảm bảo rằng mặt phẳng phân cực của vật thể dễ dàng được căn chỉnh với mặt phẳng phân cực của bộ lọc phân cực đầu tiên. Các phụ kiện khác nhau có thể được sử dụng cho ứng dụng đặc biệt của kính hiển vi phân cực.
Ống kính Bertrand có thể được sử dụng để quan sát đồng thời mô hình tinh thể tập trung bởi lỗ phía sau của ống kính khách quan. Ngoài ra, các tấm làm chậm hoặc bộ bù có thể được sử dụng để phân tích định lượng các mẫu lưỡng chiết.
