DIC显微镜与德塞纳蒙补偿器

2022-11-04 14:54:35 浏览:185

前言

尽管在传统设计中,微分干涉对比(DIC)显微镜通过在光轴上平移其中一个棱镜,将偏置延迟引入匹配的聚光镜和物镜Nomarski(或Wollaston)棱镜中,但通过使用带有固定Nomarski棱镜的简单de Sénarmont补偿器也可以达到相同的效果。本交互式教程探讨了de Sénarmont补偿器产生的波前之间的关系,以及如何控制它们以在DIC显微镜中产生正负偏置延迟(对比度)效果。

 

 

 

教程说明

本教程使用de Sénarmont补偿器的剖面模型进行初始化,该模型旨在安装窗口中出现的尼康正置显微镜。一束非偏振光入射到补偿器中偏振元件的法线平面上,并通过线性偏振片,然后以与快轴和慢轴成45度角撞击四分之一波长板。这样定向的偏振光以两个正交波前的形式从补偿器中出现,这两个波前组合在一起产生右旋圆偏振光。在本教程中,平行于补偿器快轴的偏振光波(由板上的红色楔形表示)表示为蓝色正弦波,而那些平行于补偿器慢轴的偏振波(板上的黑色楔形)表示为红色正弦波。

圆偏振光离开补偿器的路径是通过正交波分量的矢量求和计算的,并在教程中表示为一个黑色箭头,该箭头在波前的外围描绘了一个圆弧。在所有情况下,从de Sénarmont补偿器产生的正弦波的大小都被夸大,以更清楚地显示它们彼此之间以及与补偿器轴的关系。通过将鼠标光标放在任何零部件上,然后将模型拖动到新位置,可以在教程窗口中旋转整个补偿器组件。

为了操作本教程,请使用偏振器方向滑块更改偏振器相对于补偿器中四分之一波长延迟板的方向。当滑块从默认位置(+45度)平移时,正交波前之间的相位关系发生变化,并且新兴偏振光从圆偏振变为具有不同程度的椭圆偏振。当将补偿器模型的顶部拖动到窗口的前面并且端到端地观察波前时,可以最清楚地观察到这些效应。

当偏振片透射轴与延迟板的快速轴完全对齐(平行)时(在这种情况下,偏振片方向滑块设置为零度),只有线性光从de Sénarmont补偿器中出现,并且不会将偏置延迟引入光学系统。将滑块进一步向左移动(负值)会在偏振器方向在 1 到 44 度之间产生左旋椭圆偏振光,在 -45 度处再次产生圆偏振光。随着偏振片方向滑块的转换,引入系统的偏置延迟总量会不断更新,当前值显示在教程窗口左上角的黄色框中。

可以通过删除平移正弦波复选框中的复选标记来停止正弦波的转换。小程序速度滑块控制正弦波通过(和从)补偿器出现的速度,并应用于减缓波前的进展以进行观察。单击“暂停”按钮将冻结当前配置中的教程,但仍允许模型在所有三个维度上旋转。单击“重置”按钮将使教程返回到其初始化状态。

在大多数传统的DIC显微镜配置中,通过使用位于安装框架末端的微调(千分尺)旋钮(通常位于显微镜物镜转盘外壳或中间管中)沿光轴来回平移物镜Nomarski棱镜来引入偏置延迟。另一种更定量的技术,称为de SénarmontDIC补偿方法,现在被尼康和其他制造商使用,在偏振器和聚光镜棱镜之间采用固定方向的四分之一波长延迟板。在最大消光时,延迟板的快速轴与偏振片的传输轴对齐,并且两个光学单元可以(并且经常)包含在正置显微镜底座上的同一外壳内或倒置显微镜的聚光镜上方。在配备适当中间管的显微镜中,de Sénarmont补偿器的替代位置是在物镜和(可旋转)分析仪之间。

 

DIC显微镜与德塞纳蒙补偿器

图 1- 德塞纳蒙补偿器波前

 

为了使用de Sénarmont补偿器引入偏置延迟,偏振片传输轴相对于延迟板的快速轴旋转(最多正负45度),该快速轴相对于分析仪传输轴保持90度角。当补偿器快速轴与偏振片的传输轴重合(平行)时,只有线偏振光通过de Sénarmont补偿器到达聚光镜Nomarski棱镜(如图1(b)所示)。然而,当偏振片透射轴旋转时,从de Sénarmont补偿器中的四分之一波长延迟板出来的波前变为椭圆偏振(取决于方向),如图1(a)和1(c)所示。在一个方向(正)上旋转偏振片将产生右旋椭圆偏振光,而在另一个方向(负)上旋转偏振片将改变矢量轨迹以产生左旋椭圆扫描。

当偏振片透射轴的方向达到正负45度(相当于四分之一的延迟波长)时,通过de Sénarmont补偿器的光变得圆偏振(同样,在左手或右手意义上)。由于椭圆形或圆偏振光表示从de Sénarmont补偿器产生的普通波前和特殊波前之间的相位差,因此当波前进入位于显微镜聚光镜中的Nomarski棱镜(并被剪切)时,会向系统引入偏置延迟。当偏振片沿一个方向旋转时获得正偏置,而负偏置则通过向相反方向旋转偏振器而引入。

无论是通过平移物镜Nomarski棱镜还是通过旋转de Sénarmont补偿器上的偏振片将偏置引入微分干涉对比系统,最终结果都是相同的。在正确配置的针对科勒照明的显微镜中,光源和聚光镜的图像由光学系统(聚光镜和物镜)传输到位于物镜后焦平面的倒置第二个Nomarski棱镜上。聚光镜棱镜表面的线性相移由物镜中的相反相移精确补偿。物镜沿剪切轴的平移不会改变相移分布,而是在整个显微镜孔径上增加或减少恒定的相位差。同样,在de Sénarmont补偿器中旋转偏振片也会引入可变和受控的相位差。匹配的棱镜系统使从聚光镜孔径投射的每个波前对具有相同偏置延迟的图像形成,无论它穿过样品到达物镜的路线如何。

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