材料分析技術(shù)

材料分析技術(shù)第1頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月幾何光學(xué)原理適用條件：物體的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長阿貝成像原理（光的衍射相干原理）適用條件：物體的幾何尺寸接近或小于光波波長§2.1顯微鏡的成像原理第2頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月一幾何光學(xué)原理第3頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月二、阿貝成像學(xué)說第4頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.2透鏡的像差一、球面像差第5頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月二、色差第6頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月四、像域（場）彎曲第8頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.3顯微鏡的物鏡一．?dāng)?shù)值孔徑(NumericalAperture)1．定義：

物鏡收集光線的能力。物鏡對試樣上各點的反射光收集得越多，成相質(zhì)量越好。2．表示法：數(shù)值孔徑常用N.A.表示

N.A.=nsinφ

n-物鏡與試樣之間介質(zhì)的折射率；

φ-物鏡孔徑角的一半。第9頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3．影響因素（1）孔徑角的大小?？讖浇窃酱?，物鏡前透鏡收集光線的能力就越大?？讖浇堑拇笮∪Q于前透鏡的尺寸和物鏡的工作距離。（2）物鏡與試樣之間介質(zhì)的折射率。折射率越大，數(shù)值孔徑越大。

①干系物鏡(介質(zhì)為空氣)：n＝1，N.A.=nsinφ<1，一般為0.9左右。

②油浸物鏡（介質(zhì)為折射率較大的物質(zhì)）：由于物鏡與試樣之間介質(zhì)的折射率增大，因而進(jìn)入物鏡的光線增加，增加了數(shù)值孔徑。第10頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月孔徑角為2φ的油浸物鏡收集光線的能力相當(dāng)于孔徑角為2φ1的干系物鏡。當(dāng)介質(zhì)為n＝1.515的松柏油時，數(shù)值孔徑值最大可達(dá)1.4左右。第11頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月二．分辨率和有效放大率1.分辨率（1）定義：指顯微鏡能清晰地分辨試樣上兩點間最小距離的能力，用最小距離d表示。（2）影響因素：主要取決于物鏡的分辨率，目鏡只能放大物鏡已分辨的細(xì)節(jié)。物鏡分辨率：

d=λ/(2N.A.)

注意：對于一定波長的入射光，物鏡的分辨率完全取決于物鏡的數(shù)值孔徑；數(shù)值孔徑越大，分辨率就越高第12頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2．有效放大率（1）定義：為了充分利用物鏡的分辨率，使操作者看清已被物鏡分辨出的組織細(xì)節(jié)，顯微鏡必須有適當(dāng)?shù)姆糯舐?，引入有效放大率的概念。?）表示方法：人眼的分辨率與物鏡的分辨率之比值，即M=d’/d

d’-人眼在明視距離處能分辨的最小尺寸

d-物鏡能分辨的最小尺寸第13頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）有效放大率范圍人眼在明視距離處的分辨距離為0.15～0.30mm。d’=0.15～0.30mmd=λ/(2N.A.)

M=d’/d=2N.A.d’/λ=(0.3～0.6)N.A./λ

設(shè)λ

=0.55μm(黃綠光)

則近似為:

500N.A.<M<1000N.A．第14頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月有效放大率范圍:500N.A.<M<1000N.A．①放大率小于下限時，人眼不能看清物鏡已分辨的組織細(xì)節(jié)；②放大率大于上限時，人眼不能看到更多的細(xì)節(jié)，物體的像反而不如放大率較低時清晰，這種放大稱為“虛放大”或“無效放大”。第15頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月N.A.=0.25，M有效

=125～250，M實際

=600〉250，成像不清楚；b)N.A.=0.95，M有效

=475～950，475〈M實際

=600〈950，成像質(zhì)量較好可分辨珠光體葉層片。例:在放大率及照明光線波長相同的條件下，采用不同數(shù)值孔徑的物鏡觀察珠光體組織。第16頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）應(yīng)用：由物鏡選擇與之配合的目鏡通過有效放大倍數(shù)，可以正確選擇物鏡與目鏡的配合。

不能用一只物鏡來選配各種目鏡來獲得任意的放大倍數(shù)。例：選用N.A.=0.65的32倍物鏡，當(dāng)入射光為0.55μm時，M有效=（500～1000）N.A.=325～650，M目=M有效/M物=(325~650)/32=10~20故應(yīng)選擇10～20倍目鏡與之配合，如目鏡低于10倍，則未充分發(fā)揮物鏡的分辨率，如目鏡高于20倍，會造成虛放大(無效放大)。第18頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月三.焦深(垂直分辨率，景深)1．定義：表示物鏡對高低不平的物體能夠清晰成像的能力。2．表示3．影響因素：主要取決于物鏡的數(shù)值孔徑。物鏡的數(shù)值孔徑越大，其焦深越小。4．人眼觀察時的焦深：人眼觀察時的焦深比照相時大第19頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月具體應(yīng)用：由于物鏡N.A.越大，其焦深越小。在物鏡N.A.特別大的情況下,顯微鏡可以具有很好的分辨率，但焦深很小。因此要根據(jù)需要選用N.A.合適的物鏡。當(dāng)顯微鏡用于高倍觀察時，由于焦深小，只有在金相試樣表面高低差別很小時，才能清晰成像，因而高倍觀察所用的試樣應(yīng)淺腐蝕。第20頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月21第21頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月1．工作距離

（1）定義：物鏡的工作距離是指顯微鏡準(zhǔn)確聚焦后，試樣表面與物鏡的前端之間的距離。

（2）影響因素：物鏡的放大率。放大率越高，工作距離越短。

四．工作距離與視場范圍第22頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2．視場范圍：（1）定義：是指顯微鏡中所觀察到的試樣表面區(qū)域的大小。

（2）影響因素：物鏡的放大率。視場范圍與物鏡的放大率成反比，放大率越高，視場范圍越小。第23頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月五、物鏡的構(gòu)造不同的物鏡差異很大，但均可看作各種透鏡固定在金屬圓筒內(nèi)的復(fù)式透鏡組。(10×)消色差物鏡的結(jié)構(gòu)如下：前透鏡組：由雙凹透鏡和雙凸透鏡膠合而成，固定在物鏡的前端，起放大作用；后透鏡組：由一片雙凸透鏡和一片雙凹透鏡膠合在一起，固定在鏡筒里，處于物鏡前組之后，主要起到校正前透鏡組的像差，提高成像質(zhì)量的作用；第24頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月六．物鏡的基本類型根據(jù)對各種像差校正程度的不同，一般將物鏡分為消色差物鏡、復(fù)消色差物鏡和平視場物鏡三大類。

1.消色差物鏡(achromat)

特點：（1）對球差的校正限于黃綠光范圍內(nèi)；（2）對色差只校正紅綠光,因此仍有殘余的色差。（3）像域彎曲仍然存在；（4）結(jié)構(gòu)簡單，成本低，視場中部像差基本上得到校正，在顯微鏡中最為常用。第26頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2．復(fù)消色差物鏡(apochromat)特點：（1）質(zhì)量很高的物鏡，對色差可校正紅、綠、紫三個波區(qū)(整個可見光范圍)；（2）球差校正可達(dá)綠紫光范圍；（3）對像域彎曲沒有根本的改善；（4）對光源沒有任何限制，一般數(shù)值孔徑較大，成像質(zhì)量較高，適于高倍觀察。第27頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3．平視場物鏡：以視場平面校正的廣度為標(biāo)準(zhǔn)的（1）特點：①可使像域彎曲得到很好的校正；②顯著地擴大了像域的平整范圍，使整個視場都比較清晰，適于觀察，更有利于照相；③鏡片更多，生產(chǎn)成本較高。（2）分類：平場消色差物鏡和平場復(fù)消色差物鏡，對球差和色差的校正分別與消色差物鏡和復(fù)消色差物鏡相同。（3）平場物鏡標(biāo)有PL標(biāo)志。第28頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月1、物鏡類型：消色差物鏡一般不標(biāo)符號，其它類型物鏡有標(biāo)志；2、放大標(biāo)志：用×表示，有的物鏡標(biāo)出焦距，如F8表示焦距為8mm；3、數(shù)值孔徑：用NA表示，往往省略符號直接標(biāo)數(shù)字，如0.65；4、機械鏡筒長度：如160表示長度為160mm，∞表示任意機械長度；5、介質(zhì)符號：表示物鏡與試樣之間的介質(zhì)，干系物鏡介質(zhì)為空氣，不標(biāo)符號；油浸物鏡刻有Hi、Oil或?l；6、蓋玻片厚度：蓋玻片用于透射式顯微鏡，金相顯微鏡一般不用，以“0”或“-”表示。七、物鏡的識別第29頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月目鏡的作用：1．將物鏡放大的實像再放大；觀察時在明視距離處形成放大虛像，照相時在底片上形成放大實像。2．可以校正物鏡未能完全校正的像差?！?.4目鏡第30頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月一．惠更斯(Huygens)目鏡1．結(jié)構(gòu)：由兩片未經(jīng)過色差校正的凸透鏡組成。（1）目透鏡：靠近眼睛的一片稱為目透鏡，起放大作用；（2）場透鏡：另一片稱為場透鏡，它的作用使映像亮度均勻；（3）光欄：在兩塊透鏡之間的目透鏡焦平面放一光欄，把顯微刻度尺放在此光欄上，就能從目鏡中觀察到疊加在物像上的刻度。第31頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2．作用：既可用于觀察，又可用于照相。（1）觀察：當(dāng)物鏡所成的像在目透鏡焦點之內(nèi)時成放大虛像，可進(jìn)行顯微觀察；（2）照相：當(dāng)所成像在目透鏡焦點之外時成放大的實像,可進(jìn)行顯微攝影。第32頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3．特點（1）不能單獨作為放大鏡使用，因為目鏡焦點在兩片透鏡之間。這種不能單獨當(dāng)作放大鏡使用的目鏡稱為負(fù)型目鏡；（2）沒有校正像差,只適合與低、中倍消色差物鏡配合使用，它的放大倍數(shù)一般不超過15倍。（3）結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，最為常用。第33頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月二．拉姆斯登(Ramsden)目鏡1．目鏡的焦點位于場透鏡之外，可以看作單一的凸透鏡，并能單獨作為放大鏡使用，這種可以單獨當(dāng)作放大鏡使用的目鏡稱為正型目鏡；2．對像域彎曲和畸變有很好的校正。3．在同樣的放大倍數(shù)下，視場比負(fù)性目鏡小。第34頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月三．補償目鏡1．是一種特制的可校正垂軸像差的目鏡，分負(fù)型和正型兩種；2．配合N.A.>0.65的消色差物鏡、所有的復(fù)消色差物鏡及平場消色差物鏡使用，可以消除后者校正不足的垂軸色差，使得邊沿也能得到清楚的影像；3．可用于高倍觀察。4．標(biāo)志：端面標(biāo)有K字和放大倍數(shù)。四．廣視場目鏡：又稱為平場目鏡或廣角目鏡，配合平視場物鏡使用，可以擴大初次放大實像的有用面積。第35頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.5金相顯微鏡的照明一．光源：通常采用鎢絲白熾燈、鹵素?zé)?、碳弧燈及氙燈等?．鎢絲白熾燈(1)工作電壓一般為6～8V，功率為15～100W。(2)適合于金相組織的觀察。(3)缺點:壽命短。（鎢絲白熾發(fā)光時，表面鎢會蒸發(fā)擴散而聚集在燈泡上，使燈發(fā)黑，降低照明亮度，同時燈絲逐漸變細(xì)以致斷掉。）第36頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.鹵素?zé)?鹵鎢燈）（1）特點：在裝有鎢絲的石英玻殼內(nèi)中加入少量的碘，通過“碘鎢循環(huán)”，有效地避免了普通鎢絲白熾燈壽命短的缺陷。（2）原理：碘分子(I2)在高溫?zé)艚z附近分解為碘原子(I)，碘原子與燈泡壁上的鎢在250～1200℃的范圍內(nèi)可化合生成易揮發(fā)的碘化鎢(WI2)，碘化鎢一擴散到高溫(>1400℃)的鎢絲上又會分解出金屬鎢，沉淀到燈絲上。如此循環(huán)可以避免燈泡發(fā)黑，延長燈泡的使用壽命第37頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3.碳弧燈（1）原理：利用兩支暴露在空氣中而相互靠近的碳棒，通電后產(chǎn)生強烈的電弧發(fā)出亮度很高的光。（2）電源：一般采用交流電源供電；（3）優(yōu)點：點光源，具有均勻的輻射表面，適合于臨界照明；（3）缺點：電弧閃爍跳動，光源不穩(wěn)定，特別不利于照相。第38頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月4.氙燈（1）原理：在石英玻璃管內(nèi)裝上鎢電極充上高壓氙氣，利用放電發(fā)光。（2）特點：①光強高、輸出穩(wěn)定、壽命較長；②具有類似白光性質(zhì)的連續(xù)光譜，可用于彩色照相；③是金相顯微觀察的最新光源之一；④容易爆炸，使用時要特別注意安全（安裝或更換時要戴防護(hù)眼鏡或面罩以及防護(hù)手套）。

第39頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月二.照明方法：臨界照明與科勒照明1.臨界照明：1885年由英國愛德華.納爾遜發(fā)明

（1）特點：光源的像通過聚光透鏡首先聚焦在視場光欄上，然后與孔徑光欄的像一起聚焦在試樣表面；相當(dāng)于在物平面上放置光源；

（2）優(yōu)點：可以得到最高的亮度；

（3）缺點：要求光源具有非常均勻的輻射表面（點光源）。（否則在視場中將會看到光源的放大影像，這對觀察顯微組織細(xì)節(jié)和顯微照相都是很不利的。）第40頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2.科勒照明1893年，科勒(K?hler)提出（1）特點：光源的像通過聚光透鏡首先聚焦在孔徑光欄上，然后與孔徑光欄的像一起聚焦在物鏡的后焦面。第41頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月克服臨界照明中物面光照度不均勻的缺點第42頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）優(yōu)點

1）可以使物鏡的后焦面得到充分的照明，因而可以最充分地發(fā)揮物鏡的分辨率；2）可以使視場得到非常均勻的照明，對光源均勻性的要求也不象在臨界照明時那樣嚴(yán)格。第43頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月明場照明和暗場照明1．明場照明金相顯微鏡主要的照明方式。（1）照明過程:①光源光線通過垂直照明器轉(zhuǎn)90°角進(jìn)人物鏡，垂直地(或接近垂直地)射向樣品表面。②由樣品反射回來的光線再經(jīng)過物鏡到目鏡。三．照明方式：第44頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月在明場照明中，試樣的表面通常對著顯微鏡的光軸，將光反射回物鏡中。光線通過物鏡到達(dá)試樣表面，虛的光線將反射回物鏡并通過目鏡到達(dá)眼睛，最后呈現(xiàn)明亮的反射光。如果光線照射到不能將光線以一定角度反射回光軸的地方，例如晶界、相界或其它的地方，那么光線就不能被物鏡收集，這些區(qū)域在圖像里就會呈現(xiàn)暗黑色。明場照明示意圖第45頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）特點：①如果試樣是一個拋光的鏡面，反射光幾乎全部進(jìn)入物鏡成像，在目鏡中可看到明亮的一片。②如果試樣拋光后再經(jīng)過腐蝕，試樣表面高低不平，則反射光將發(fā)生漫射，很少進(jìn)入物鏡成像，在目鏡中看到的是暗黑色的像，其結(jié)果是顯微組織呈黑色影象映襯在明亮的視野內(nèi)。第46頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2.垂直照明器①作用：使來自光源的光線偏轉(zhuǎn)90°。②分類：兩種，平面玻璃和棱鏡。光路不同，效果也不一樣。第47頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月1）用平面玻璃做垂直照明器優(yōu)點：a．由于投射在樣品上的光線是垂直入射，因而成像平坦、清晰；b．平面玻璃反射可使光線充滿物鏡的后透鏡，有利于充分發(fā)揮物鏡的鑒別能力，適用于中倍和高倍觀察。缺點：平面玻璃反射光線損失大（光線透過玻璃而損失），即使采用最好的平面玻璃，最后到達(dá)目鏡的光線也差不多只有四分之一，故成像的亮度小，襯度也差。第48頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2）用棱鏡做的垂直照明器：很少使用優(yōu)點：a．可造成一定的立體感，有利于觀察表面浮凸；b．能使光線全部反射到物鏡后透鏡上，光線損失極少，成像亮度大，有較好的襯度。缺點：棱鏡占了鏡筒的一半，由試樣返射回來的光線，一半通過物鏡后被棱鏡阻擋而損失，也就是說物鏡實際使用的孔徑角減小了一半，即數(shù)值孔徑減小，從而大大降低了物鏡的分辨率，因此只適用于低倍觀察，一般不超過100倍．第49頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．暗場照明：用于鑒別非金屬夾雜物等特殊用途（1）照明過程①平行光束通過暗場環(huán)形光欄，中心部分被擋住，形成管狀光束；②管狀光束經(jīng)過垂直照明器反射，再經(jīng)過暗場曲面反射鏡的反射，以很大的傾角投射在樣品上。第50頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月暗場照明示意圖將明場照明下的對比反差完全顛倒過來-明場中亮的部分變暗，明場中暗的部分變亮，看起來就像自身在發(fā)光一樣。這些被高亮顯示的地方(凹坑、裂紋或腐蝕的晶界)比明場照明下更容易被鑒別。由于圖像的高反差和高亮顯示，所以經(jīng)常用來觀察明場下不能看到的一些細(xì)節(jié)。第51頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）特點①管狀光束從物鏡四周通過的，物鏡未通過光線從而未起聚光作用。②如樣品表面平滑均勻，則投射光線以很大的傾角反射出去，光線不進(jìn)入物鏡，在目鏡中看到的是一片暗黑色。③如樣品表面高低不平，則反射光線就有部分進(jìn)入物鏡而形成明亮的像,其結(jié)果是顯微組織以明亮的影象映襯在漆黑的視野內(nèi)。這與明場照明下觀察的結(jié)果正好相反。第52頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么在暗場照明下能鑒別非金屬夾雜物的透明度呢？因為在明場照明時，金屬基體的反射光很強，使夾雜物的透明度顯不出來。而暗場照明時，金屬基體的反射光大部分不能進(jìn)入物鏡，光線投射在夾雜物與金屬交界面時產(chǎn)生反射，透明的夾雜物成明亮色，不透明的夾雜物便成暗色。第53頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月四.光欄（光闌）：

孔徑光欄和視場光欄

1.孔徑光欄

（1）定義：安裝在聚光透鏡后面，用來控制入射光束的粗細(xì)，其大小可改變?nèi)肷涔獾轿镧R的光束的孔徑角，從而改變了物鏡的數(shù)值孔徑，故稱之為孔徑光欄。第54頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）對成像質(zhì)量的影響：①當(dāng)孔徑光欄縮小時，球面像差降低，物鏡的孔徑角縮小，分辨率降低。②當(dāng)孔徑光欄擴大時，物鏡的孔徑角增大，分辨率提高；但是由于球面像差的增加以及鏡筒內(nèi)部反射與炫光的增加，使成像質(zhì)量將降低。（3）調(diào)節(jié)：以光束充滿物鏡后透鏡為準(zhǔn)，并根據(jù)成像的清晰程度來判斷。

第55頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2.視場光欄（1）定義：視場光欄在孔徑光欄之后，用來改變顯微鏡視場的大小，因此稱之為視場光欄。（2）對成像質(zhì)量的影響：不影響物鏡的分辨率，縮小視場光欄，可以減少鏡筒內(nèi)的反射及炫光，提高成像的襯度和質(zhì)量。但視場光欄縮得太小，會使觀察范圍太窄。（3）調(diào)節(jié)：一般應(yīng)調(diào)節(jié)到與目鏡視場大小相同。第56頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月五.濾色片：顯微鏡的輔助部件主要作用：1.配合消色差物鏡使用黃綠色濾色片，可以使像差得到最大限度的校正；2.利用濾色片使用波長較短的光波，可以提高物鏡的分辨率；3.控制光源的強度。第57頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月58第58頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章偏振光顯微鏡第1節(jié)偏振光的基礎(chǔ)知識第2節(jié)偏振光的反射原理第3節(jié)偏振光裝置及調(diào)整第4節(jié)偏振光顯微鏡的應(yīng)用第59頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1偏振光的基礎(chǔ)知識1．自然光光是一種電磁波，屬于橫波(振動方向與傳播方向垂直)。一切實際的光源，如太陽光、燭光、日光燈及鎢絲燈發(fā)出的光都叫自然光，其電磁波的振動在各個方向上的幾率相等。一、自然光和偏振光第60頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月a自然光

b偏振光2．偏振光自然光在穿過某些物質(zhì)，經(jīng)過反射、折射、吸收后，電磁波的振動可以被限制在一個方向上，其它方向的振動被削弱或消除。在某個確定方向上振動的光稱為偏振光。偏振光的振動方向與光波傳播方向所構(gòu)成的平面稱為振動面。第61頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月二、光的雙折射現(xiàn)象和晶體的光軸1．光的雙折射現(xiàn)象當(dāng)一束光線射入各向異性的晶體中時，要分裂為兩束沿不同方向傳播的光線，這種現(xiàn)象叫雙折射現(xiàn)象。

發(fā)生雙折射的兩束光線都是偏振光。第62頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月在各向異性晶體中，存在有某些特殊方向，在這些方向上不發(fā)生雙折射，這些方向稱為晶體的光軸。有一個光軸的晶體叫一軸晶，如方解石、石英；有兩個光軸的晶體叫二軸晶，如云母、藍(lán)寶石等。注意：光軸是在晶體內(nèi)的，光軸是一個方向2．晶體的光軸第63頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3．尋常光線：在晶體內(nèi)的傳播遵守光的折射定律，改變?nèi)肷浞较驎r傳播速度（折射率）不發(fā)生變化，用

o表示。4．非常光線：在晶體內(nèi)的傳播不遵守折射定律，當(dāng)入射光線方向變化時，它的傳播速度（折射率）也隨之變化，用e來表示。第64頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月三、起偏振鏡

在偏光顯微鏡中能產(chǎn)生偏振光的偏振片稱起偏振鏡，即用來產(chǎn)生偏振光的裝置。如：尼科爾棱鏡、人造偏振片

第65頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月1.尼科耳棱鏡由方解石晶體做成，利用方解石的雙折射現(xiàn)象獲得偏振光。（1）結(jié)構(gòu)①取長度約三倍于厚度的方解石晶體，將兩端的天然面研磨成68°角，然后將晶體剖開，成兩塊直角棱鏡。②用加拿大樹膠將剖面粘合成一長方柱形棱鏡。加拿大樹膠為光性均質(zhì)體（非雙折射物質(zhì)），對于黃綠光:Ne＝1.5159<n＝1.540<No＝1.6583

③將側(cè)面CN涂黑，就制成了尼科耳棱鏡。第66頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月尼科耳棱鏡第67頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）原理：o光吸收，e光通過，從而獲得偏振光。（3）優(yōu)點：對各色可見光透明度都很高，并能夠均勻完全起偏，因此可以獲得較強的偏振度極高的直線偏振光。（4）缺點：天然方解石質(zhì)脆，對紫外線不透光，且價格昂貴，制造比困難。第68頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2.人造偏振片（1）起偏原理：晶體的二色性。自然光射入某些晶體時可以產(chǎn)生振動方向互相垂直的兩束直線偏振光，同時將其中一束強烈吸收，另一束通過，晶體的這種性能叫晶體的二色性。用具有二色性的晶體制造的偏振片可用來產(chǎn)生偏振光。第69頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）偏振片類型：①電氣石晶體：能夠強烈吸收尋常光線，1mm厚的電氣石晶體即可把尋常光線全部吸收而讓非常光線通過，產(chǎn)生一束非常光線的偏振光。②過碘硫酸奎寧：是二色性極強的晶體，0.1mm厚的薄膜就足以使自然光變成直線偏振光。③聚乙烯醇薄膜：將聚乙烯醇的分子拉伸成為線性結(jié)構(gòu)，平行排列，則其薄膜只允許平行分子排列方向振動的光通過，而產(chǎn)生直線偏振光。第70頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月四、檢偏振鏡1.定義：在起偏振鏡后面，也叫分析器，用來分析偏振光的類型和相干情況。第71頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2.檢偏原理：轉(zhuǎn)動檢偏振鏡，觀察光的強度變化。（1）直線偏振光①當(dāng)兩個偏振鏡振動軸平行時，起偏振鏡A產(chǎn)生的偏振光可以完全通過檢偏鏡B；②當(dāng)A、B振動軸成一定角度時，A產(chǎn)生的偏振光只有部分能通過檢偏鏡B；③當(dāng)A與B的振動軸垂直（正交檢偏）時，A產(chǎn)生的偏振光完全被B阻擋，產(chǎn)生消光現(xiàn)象。第72頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）圓偏振光：用檢偏振鏡檢查時不發(fā)生消光現(xiàn)像，光的強度不發(fā)生變化。（3）橢圓偏振光：用檢偏振鏡檢查時也不發(fā)生消光現(xiàn)象，但光的強度要發(fā)生變化，當(dāng)B的振動軸與橢圓長軸重合時，光的強度最大，與橢圓的短軸重合時，光的強度最小。第73頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月一、偏振光的反射特性直線偏振光入射到金屬磨面上，將分解為沿光軸方向振動的和垂直于光軸方向振動的兩束偏振光。對光性均質(zhì)體(各向同性介質(zhì))

，此兩束光的反射系數(shù)相同。對光性均非質(zhì)體(各向異性介質(zhì))

，此兩束光的反射系數(shù)不同，分別為R和S。（即偏振光在光性均非質(zhì)體表面反射時不遵循反射定律，不同方向反射系數(shù)不同）§3.2偏振光的反射原理第74頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月二．偏振光在光性非均質(zhì)體表面的反射情況1．假設(shè)條件（1）正交偏振：起偏振鏡的振動方向為PP，檢偏振鏡的振動方向為AA；（2）光性非均質(zhì)體的光軸與PP方向的夾角為θ

；（3）偏振光在光性非均質(zhì)體的光軸方向上的反射率為R，垂直于光軸方向上的反射率為S，R≠S(R＝S為光性均質(zhì)體的反射)，R>S；（4）一束光經(jīng)起偏振鏡后得到振幅為F的沿PP方向振動的偏振光，入射到光性非均質(zhì)體表面上。第75頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2．討論（3）反射光合成：振幅：方向：即反射后的直線偏振光不再是PP的振動方向，而是轉(zhuǎn)過一個ω角度：（2）偏振光反射：（1）偏振光分解：第76頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）結(jié)果：合成后的偏振光由于其方向不再是PP的振動方向，因此有一分量（I+）可以通過與之正交的檢偏振鏡。通過檢偏鏡的光強大小與入射光和晶軸之間的夾角θ有關(guān)，夾角不同，得到的光強不一樣。第77頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）對于光性均質(zhì)體，(R-S)=0，I+=0，轉(zhuǎn)動載物臺一周（即改變θ的大小

），在目鏡看到黑暗的全消光現(xiàn)象。（2）對光性非均質(zhì)體，(R-S)≠01）當(dāng)轉(zhuǎn)過的θ角為0，90，180，270時，sin2θ=0，產(chǎn)生消光現(xiàn)象；2）當(dāng)轉(zhuǎn)過的θ角為45°，135°，225°，315°時，sin2θ＝1，此時光線最強；3）當(dāng)轉(zhuǎn)過的θ角為其他角度時，顯微組織的亮度在上兩種情況之間。故:在轉(zhuǎn)動光性非均質(zhì)體晶體一周（360°）的過程中，將觀察到四次明亮和四次消光，即出現(xiàn)四明四暗現(xiàn)象。3．結(jié)論第78頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月一、偏振光裝置§3.3偏振光裝置及調(diào)整第79頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月第80頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月二、偏振光裝置的調(diào)整包括起偏振鏡位置的調(diào)整、檢偏振鏡位置的調(diào)整以及載物臺中心位置的調(diào)整。1、起偏振鏡位置的調(diào)整（1）調(diào)整目的：為了使從起偏振鏡出來的偏振光振動面水平，以保證經(jīng)垂直照明器平面玻璃反射進(jìn)入物鏡的偏振光強度最大，且仍為直線偏振光。第81頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）調(diào)整方法1）將經(jīng)過拋光而未經(jīng)腐蝕的不銹鋼試樣（光性均質(zhì)體）放在載物臺上；2）除去檢偏振鏡，只裝起偏振鏡；3）從目境內(nèi)觀察聚焦后試樣磨面上反射光的強度，轉(zhuǎn)動起偏鏡，反射光強度發(fā)生明暗變化，當(dāng)反射光最強時，就是起偏振鏡振動軸的正確位置。第82頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2、檢偏振鏡位置的調(diào)整（1）起偏振鏡位置調(diào)整好后，裝入檢偏振鏡，調(diào)節(jié)檢偏振鏡的位置，當(dāng)在目鏡中觀察到最暗的消光現(xiàn)象時，就是檢偏振鏡與起偏振鏡正交的位置。（2）在實際觀察中，常將檢偏振鏡作一個小角度的偏轉(zhuǎn)，以增加顯微組織的襯度。其偏轉(zhuǎn)的角度由刻度盤上的刻度指示出來。

第83頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3、載物臺中心位置的調(diào)整（1）調(diào)整目的：利用偏振光鑒別物相時，經(jīng)常需要將載物臺作360°旋轉(zhuǎn)，為使觀察目標(biāo)在載物臺旋轉(zhuǎn)時不離開視域，在使用前必須調(diào)節(jié)載物臺的位置，使載物臺的機械中心與顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)主軸重合。（2）調(diào)整方法：通過載物臺上的對中螺釘進(jìn)行調(diào)整。第84頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月一、材料顯微組織的顯示1、各向異性材料組織的顯示（1）應(yīng)用：利用偏振光照明，對各向異性的金屬磨面經(jīng)拋光后不腐蝕就可以看到明暗不同的晶粒，對于難腐蝕出清晰組織的材料來說是十分有利的分析途徑。§3.4偏振光顯微鏡的應(yīng)用第85頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）原理

根據(jù)偏振光的金相原理，顯微鏡中視野的亮度決定于入射光與試樣光軸之間的夾角，當(dāng)入射光一定時，光軸的位相就決定了視野的亮度，在各向異性的多晶體試樣上，各個晶粒的光軸位相不同，在偏振光照明下，入射光與各個晶粒光軸的夾角也就不同，在正交的偏振光下通過檢偏鏡的光強不同，因此晶粒顯示出不同的亮度。根據(jù)晶粒的明暗程度還可以判斷晶粒的取向，具有相同亮度的晶粒取向一致。第86頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）舉例：球墨鑄鐵的石墨觀察

第87頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、各向同性材料組織的顯示（