Beeldvormingsprincipes van de metallografische microscoop
1. Helder veld, donker veld
Brightfield is de meest basale observatiemethode voor het observeren van monsters onder een microscoop, die een heldere achtergrond in het gezichtsveld van de microscoop biedt. Het basisprincipe is dat wanneer de lichtbron verticaal of bijna verticaal is en het monsteroppervlak door de objectieflens verlicht, deze via het monsteroppervlak terug naar de objectieflens wordt gereflecteerd om een beeld te vormen.
Het verschil tussen de donkerveldverlichtingsmethode en de helderveldverlichtingsmethode is dat er een donkere achtergrond verschijnt in het veldgebied van de microscoop. De helderveldverlichtingsmethode is verticaal of loodrecht invallend, terwijl de donkerveldverlichtingsmethode bestaat uit omringende schuine verlichting buiten de objectieflens. Het monster zal het bestralingslicht verstrooien of reflecteren, en het door het monster verstrooide of gereflecteerde licht komt de objectieflens binnen om het monster af te beelden. Met donkerveldobservatie kunnen kleurloze, kleine kristallen of lichtgekleurde kleine vezels duidelijk worden waargenomen die moeilijk waar te nemen zijn in een helder veld.
2. Gepolariseerd licht, interferentie
Licht is een elektromagnetische golf, en elektromagnetische golf is een transversale golf. Alleen transversale golven hebben polarisatie. Het wordt gedefinieerd als licht waarvan de elektrische vector op een vaste manier trilt ten opzichte van de voortplantingsrichting.
Het polarisatiefenomeen van licht kan worden gedetecteerd met behulp van experimentele apparatuur. Neem twee identieke polarisatoren A en B en laat het natuurlijke licht door de eerste polarisator A gaan. Op dit moment wordt het natuurlijke licht ook gepolariseerd licht, maar omdat het menselijk oog het niet kan onderscheiden, is een tweede polarisator B nodig. Bevestig polarisator A en plaats polarisator B op hetzelfde horizontale vlak als A. Draai polarisator B. Je kunt zien dat de intensiteit van het doorgelaten licht periodiek verandert als B roteert. De lichtintensiteit zal geleidelijk toenemen van maximaal naar maximaal voor elke rotatie van 90 graden. Het verzwakt tot het donkerste, draait vervolgens 90 graden en de lichtintensiteit neemt geleidelijk toe van het donkerste naar het helderste. Daarom wordt polarisator A een polarisator genoemd en polarisator B een analysator.
Interferentie is het fenomeen waarbij de lichtintensiteit wordt versterkt of verzwakt door de superpositie van twee kolommen van coherente golven (licht) in de interactiezone. Lichtinterferentie wordt hoofdzakelijk onderverdeeld in dubbele spleetinterferentie en dunnefilminterferentie. Interferentie met dubbele spleet betekent dat het licht dat door twee onafhankelijke lichtbronnen wordt uitgezonden, geen coherent licht is. Het interferentieapparaat met dubbele spleet zorgt ervoor dat één lichtstraal door de dubbele spleten gaat en twee bundels coherent licht wordt, die op het lichtscherm communiceren om stabiele interferentieranden te vormen. Wanneer in het interferentie-experiment met dubbele spleten het afstandsverschil tussen een bepaald punt op het lichtscherm en de dubbele spleten een even aantal halve golflengten bedraagt, zullen op dat punt heldere strepen verschijnen; wanneer het afstandsverschil tussen een bepaald punt op het lichtscherm en de dubbele spleten een oneven aantal halve golflengten bedraagt, zijn de donkere strepen die op dit punt verschijnen Young's dubbele spleetinterferentie. Dunne-filminterferentie is een fenomeen waarbij twee bundels gereflecteerd licht worden gevormd nadat een lichtbundel is gereflecteerd door twee oppervlakken van de film. Dit fenomeen wordt dunnefilminterferentie genoemd. Bij dunne-filminterferentie wordt het wegverschil van gereflecteerd licht van de voor- en achteroppervlakken bepaald door de dikte van de film, dus bij dunne-filminterferentie moet dezelfde heldere rand (donkere rand) verschijnen waar de dikte van de film gelijk is. Omdat de golflengte van lichtgolven extreem kort is, moet de diëlektrische film, wanneer dunne films interfereren, dun genoeg zijn om interferentieranden waar te nemen.
3. Differentiële interferentiecontrast DIC
De metallografische microscoop DIC maakt gebruik van het principe van gepolariseerd licht. De transmissie-DIC-microscoop heeft hoofdzakelijk vier speciale optische componenten: polarisator, DIC-prisma I, DIC-prisma II en analysator. De polarisator wordt direct voor het condensatiesysteem geïnstalleerd om het licht lineair te polariseren. In de condensor is een DIC-prisma geïnstalleerd. Dit prisma kan een lichtbundel ontbinden in twee lichtbundels (x en y) met verschillende polarisatierichtingen, en de twee bundels vormen een kleine hoek. De condensor lijnt de twee lichtbundels parallel uit aan de optische as van de microscoop. Aanvankelijk hebben de twee lichtbundels dezelfde fase. Nadat ze door de aangrenzende gebieden van het monster zijn gegaan, treedt het optische padverschil tussen de twee lichtbundels op als gevolg van de verschillende dikte en brekingsindex van het monster. Een DIC-prisma II is geïnstalleerd op het achterste brandpuntsvlak van de objectieflens, dat de twee lichtgolven in één combineert. Op dit moment bestaan de polarisatievlakken (x en y) van de twee lichtbundels nog steeds. Tenslotte passeert de straal het eerste polariserende apparaat, de analysator. Voordat de straal een DIC-beeld in het oculair vormt, wordt de analysator loodrecht op de polarisator georiënteerd. De analysator combineert twee loodrechte lichtgolven tot twee bundels met hetzelfde polarisatievlak, waardoor deze interfereren. Het optische padverschil tussen x- en y-golven bepaalt hoeveel licht wordt doorgelaten. Wanneer het optische padverschil 0 is, gaat er geen licht door de analysator; wanneer het optische padverschil gelijk is aan de helft van de golflengte, bereikt het licht dat erdoorheen gaat de maximale waarde. Op de grijze achtergrond vertoont de specimenstructuur dus een verschil in licht en donker. Om het beste contrast van het beeld te bereiken, kan het optische padverschil worden gewijzigd door de longitudinale fijnafstelling van DIC-prisma II aan te passen. Het optische padverschil kan de helderheid van het beeld veranderen. Door DIC Prism II aan te passen, kan de fijne structuur van het preparaat een positief of negatief projectiebeeld weergeven, meestal is de ene kant helder en de andere kant donker, waardoor een kunstmatig driedimensionaal gevoel van het preparaat ontstaat.
