定义
在光学系统中插入起偏器和检偏器，将普通光变为偏振光用以检查样本的各向异性和双折射性的显微镜。
背景
1669年，丹麦的巴托林发现冰洲石的双折射现象。1667年，惠更斯用光的波动理论来解释此现象。1810年，马吕斯发现反射光的偏振现象。1821年，费涅耳用光是横波的理论来阐明偏振光的干涉。1828年，英国人尼科耳用方解石制成尼科耳棱镜，成为最重要的偏振光元件之一。1834年，薛瓦利埃制成的消色差显微镜中已附有偏振光元件。1865年，英国人柯林斯根据哈利博士的设计制成哈利型显微镜，其中附有尼科耳棱镜，可作为偏振光显微镜使用。1928年，在兰德发明了偏振片后，现今绝大多数的偏振光显微镜中已用偏振片代替尼科耳棱镜了。
工作原理
（1）单折射性与双折射性：光线通过某一物质时，如光的性质和进路不因照射方向而改变，这种物质在光学上就具有各向同性，又称单折射体，如普通气体、液体以及非结晶性固体；若光线通过另一物质时，光的速度、折射率、吸收性和偏振、振幅等因照射方向而有不同，这种物质在光学上则具有各向异性，又称双折射体，如晶体、纤维等。
（2）光的偏振现象：光波根据振动的特点，可分为自然光与偏振光。自然光的振动特点是在垂直光波传导轴上具有许多振动面，各平面上振动的振幅分布相同；自然光经过反射、折射、双折射及吸收等作用，可得到只在一个方向上振动的光波，这种光波则称为偏振光。
（3）偏振光的产生及其作用：偏振光显微镜最重要的部件是偏振光装置——起偏器和检偏器。过去两者均为尼科尔棱镜组成，它是由天然的方解石制作而成，但由于受到晶体体积较大的限制，难以取得较大面积的偏振，偏振光显微镜则采用人造偏振镜来代替尼科尔棱镜。当普通光通过它后，就能获得只在一条直线上振动的直线偏振光。偏振光显微镜有两个偏振镜，一个装置在光源与被检物体之间的叫起偏器；另一个装置在物镜与目镜之间的叫检偏器，有手柄伸手镜筒或中间附件外方以便操作，其上有旋转角的刻度。从光源射出的光线通过两个偏振镜时，如果起偏器与检偏器的振动方向互相平行，即处于平行检偏位的情况下，则视场最为明亮。反之，若两者互相垂直，即处于正交校偏位的情况下，则视场完全黑暗，如果两者倾斜，则视场表明出中等程度的亮度。由此可知，起偏器所形成的直线偏振光，如其振动方向与检偏器的振动方向平行，则能完全通过；如果偏斜，则只以通过一部分；如若垂直，则完全不能通过。因此，在采用偏振光显微镜检时，原则上要使起偏器与检偏器处于正交检偏位的状态下进行。
（4）正交检偏位下的双折射体：在正交的情况下，视场是黑暗的，如果被检物体在光学上表现为各向同性，无论怎样旋转载物台，视场仍为黑暗，这是因为起偏器所形成的线偏振光的振动方向不发生变化，仍然与检偏器的振动方向互相垂直的缘故。若被检物体具有双折射特性或 含有具双折射特性的物质，则具双折射特性的地方视场变亮，这是因为从起偏器射出的直线偏振光进入双折射体后，产生振动方向不同的两种直线偏振光，当这两种光通过检偏器时，由于另一束光并不与检偏器偏振方向正交，可透过检偏器，就能使人眼看到明亮的像。光线通过双折射体时，所形成两种偏振光的振动方向，依物体的种类而有不同。
双折射体在正交情况下，旋转载物台时，其像在360°的旋转中有四次明暗变化，每隔90°变暗一次。变暗的位置是双折射体的两个振动方向与两个偏振镜的振动方向相一致的位置，称为消光位置。从消光位置旋转45°，被检物体变为最亮，这就是对角位置。这是因为偏离45°时，偏振光到达该物体时，分解出部分光线可以通过检偏器，故而明亮。根据上述基本原理，利用偏振光显微技术就可能判断各向同性和各向异性物质。
（5）干涉色：在正交检偏位情况下，用各种不同波长的混合光线为光源观察双折射体，在旋转载物台时，视场中不仅出现最亮的对角位置，而且还会看到颜色。出现颜色的原因，主要是由干涉色而造成（当然也可能被检物体本身并非无色透明）。干涉色的分布特点决定于双折射体的种类和它的厚度，是由于相应推迟对不同颜色光的波长的依赖关系，如果被检物体的某个区域的推迟和另一区域的推迟不同，则透过检偏器光的颜色也就不同。
结构
典型的偏振光显微镜结构如下图1所示。尽管类似于普通的明场显微镜，但偏振光显微镜还具有此类仪器所特有的其他组件，包括起偏器、检偏器、无应变的物镜和聚光器，以及能够360°旋转的圆形分度台。图示的单眼显微镜设计为带有直观察管，和一个装有伯特兰透镜的可360°旋转的分析仪，可对双折射样本进行锥光镜和正视镜检查。物镜（4×, 10×, 40×）装在配备有单个定心装置的安装座中，圆形镜台带有夹紧螺钉和可连接的机械镜台。
图 1 典型偏振光显微镜结构
特点
相比于其它技术，如暗场和亮场照明技术、差分干涉对比技术、相位对比技术、霍夫曼调制对比技术和荧光技术，偏振光显微技术可以更好地增强双折射材料的图像对比度，获得更加清晰的成像细节。
应用
在生物样本中、肌肉纤维、骨骼和牙齿等具有各向异性，淀粉粒、染色体和纺锤体等具有双折射性，因此偏振光显微镜通常用来检测生物体内某些有序结构及其折射光学性质，同时也可用来检测某些组织中的化学成分。近来，偏振光的优势已被用于探索生物学过程，例如细胞在不同分裂时期结构上的定性和定量变化，有丝分裂纺锤体的形成，染色体凝结以及大分子体（例如胶原蛋白，淀粉样蛋白，有髓轴突，肌肉，软骨和骨骼）的组织。
参考文献
[1] Image contrast and phase modulation light methods in polarization and interference microscopy., Allen, R., Brault, J., and Zeh, R., Adv. Opt. Electron Microsc.: 1, 77-114 (1966).
[2] The microscopical investigation of biological materials with polarized light., McClung, C., Handbook of Microscopical Technique, 591-677 (1950).
[3] On the use of polarized light in pathology., Wolman, M., Pathology Annual, 381-416 (1970).
[4] Birefringence and dichroism., Oster, G., Physical Techniques in Biological Research: 1, 439-460 (1955).
[5] A new method of polarizing microscope analysis. I. Scanning with a birefringence detector system., Allen, R., Brault, J., and Moore, D., Journal of Cell Biology: 18, 223-235 (1963).
