Принципи формування зображень металографічного мікроскопа
1. Світле поле, темне поле
Світле поле — це найпростіший метод спостереження за зразками під мікроскопом, який представляє яскравий фон у полі зору мікроскопа. Основний принцип полягає в тому, що коли джерело світла вертикальне або майже вертикальне та освітлює поверхню зразка через лінзу об’єктива, воно відбивається назад до лінзи об’єктива через поверхню зразка для формування зображення.
Відмінність методу освітлення темного поля від методу освітлення світлого поля полягає в тому, що в зоні поля мікроскопа з’являється темний фон. Метод освітлення світлого поля — це вертикальне або перпендикулярне падіння, тоді як метод освітлення темного поля — через навколишнє косе освітлення за межами лінзи об’єктива. Зразок буде розсіювати або відбивати світло випромінювання, і світло, розсіяне або відбите зразком, потрапляє в лінзу об’єктива для зображення зразка. Спостереження в темному полі дозволяє чітко спостерігати безбарвні крихітні кристали або світлі крихітні волокна, які важко спостерігати у світлому полі.
2. Поляризоване світло, інтерференція
Світло — це електромагнітна хвиля, а електромагнітна хвиля — поперечна. Поляризацію мають лише поперечні хвилі. Він визначається як світло, електричний вектор якого вібрує фіксованим чином відносно напрямку поширення.
Явище поляризації світла можна виявити за допомогою експериментального обладнання. Візьміть два ідентичних поляризатора A і B і пропустіть природне світло через перший поляризатор A. У цей час природне світло також стає поляризованим світлом, але оскільки людське око не може його розрізнити, потрібен другий поляризатор B. Зафіксуйте поляризатор A і розташуйте поляризатор B на тій же горизонтальній площині, що й A. Поверніть поляризатор B. Ви побачите, що інтенсивність світла, що проходить, періодично змінюється під час обертання B. Інтенсивність світла буде поступово збільшуватися від максимуму до максимуму для кожного повороту на 90 градусів. Він слабшає до найтемнішого, а потім обертається на 90 градусів, і інтенсивність світла поступово збільшується від найтемнішого до найяскравішого. Тому поляризатор А називають поляризатором, а поляризатор В — аналізатором.
Інтерференція - це явище, при якому інтенсивність світла посилюється або послаблюється за рахунок суперпозиції двох стовпців когерентних хвиль (світла) у зоні взаємодії. Світлова інтерференція в основному поділяється на подвійну щілинну інтерференцію та тонкоплівкову інтерференцію. Інтерференція подвійної щілини означає, що світло, випромінюване двома незалежними джерелами світла, не є когерентним світлом. Подвійний інтерференційний пристрій змушує один промінь світла проходити через подвійні щілини і перетворюватися на два пучки когерентного світла, які передаються на світловий екран, утворюючи стабільні інтерференційні смуги. В експерименті з подвійною щілинною інтерференцією, коли різниця відстаней між певною точкою на світловому екрані та подвійними щілинами становить парне число напівхвиль, у цій точці з’являться яскраві смуги; коли різниця відстані між певною точкою на світловому екрані та подвійними щілинами становить непарну кількість напівхвиль, темні смуги, що з’являються в цій точці, є інтерференцією подвійної щілини Юнга. Інтерференція тонкої плівки — це явище, при якому утворюються два пучки відбитого світла після того, як промінь світла відбивається двома поверхнями плівки. Це явище називається інтерференцією тонкої плівки. При тонкоплівковій інтерференції різниця ходу відбитого світла від передньої та задньої поверхонь визначається товщиною плівки, тому при тонкоплівковій інтерференції однакова яскрава смуга (темна смуга) повинна з’являтися там, де товщина плівки однакова. Оскільки довжина світлових хвиль надзвичайно мала, коли тонкі плівки інтерферують, діелектрична плівка має бути достатньо тонкою, щоб спостерігати інтерференційні смуги.
3. Диференційний інтерференційний контраст ДВС
Металографічний мікроскоп DIC використовує принцип поляризованого світла. Трансмісійний мікроскоп DIC в основному має чотири спеціальні оптичні компоненти: поляризатор, призму DIC I, призму DIC II та аналізатор. Поляризатор встановлюється безпосередньо перед конденсаційною системою для лінійної поляризації світла. У конденсорі встановлена призма DIC. Ця призма може розкласти промінь світла на два пучки світла (x і y) з різними напрямками поляризації, і два промені утворюють малий кут. Конденсатор вирівнює два пучки світла паралельно оптичній осі мікроскопа. Спочатку два пучки світла мають однакову фазу. Після проходження крізь сусідні ділянки зразка виникає різниця оптичного шляху між двома променями світла через різну товщину та показник заломлення зразка. Призма DIC II встановлена на задній фокальній площині лінзи об’єктива, яка об’єднує дві світлові хвилі в одну. У цей час площини поляризації (x і y) двох пучків світла все ще існують. Нарешті промінь проходить через перший поляризаційний пристрій, аналізатор. Перш ніж промінь сформує в окулярі DIC-зображення, аналізатор орієнтують під прямим кутом до поляризатора. Аналізатор поєднує дві перпендикулярні світлові хвилі в два пучки з однаковою площиною поляризації, викликаючи їх інтерференцію. Різниця оптичного шляху між хвилями x і y визначає, скільки світла пропускається. Коли різниця оптичного шляху становить 0, світло не проходить через аналізатор; коли різниця оптичного шляху дорівнює половині довжини хвилі, світло, яке проходить, досягає максимального значення. Отже, на сірому фоні структура зразка показує різницю між світлим і темним. Щоб досягти найкращого контрасту зображення, оптичну різницю ходу можна змінити, налаштувавши поздовжнє точне налаштування призми DIC II. Оптична різниця ходу може змінити яскравість зображення. Налаштування DIC Prism II може змусити тонку структуру зразка показувати позитивне або негативне проекційне зображення, зазвичай одна сторона яскрава, а інша темна, що створює штучне тривимірне відчуття зразка.
