Каталог товаров
Заказать звонок
2

Поляризация света. Поляризационная микроскопия

Поляризационная микроскопия, описание методики.

Солнце и практически все искусственные источники света излучают световые волны, векторы напряжённости электрического поля которых колеблются во всевозможных плоскостях, перпендикулярных направлению распространения. Когда вектора напряжённости электрического поля ограничены единственной плоскостью путём фильтрации, говорят, что свет поляризован относительно направления распространения, и все волны колеблются в одной и той же плоскости. Данное явление проиллюстрировано на рис. 1 ниже.

Поляризационный фильтр Д-микро
Рисунок 1.

В этом примере вектора напряжённости электрического поля падающего света колеблются перпендикулярно направлению распространения света равновероятно во всех плоскостях перед тем, как достичь первого поляризатора. Поляризаторы, изображённые на рисунке выше, на самом деле являются фильтрами, содержащими длинноцепочечные молекулы полимера, ориентированные в одном направлении. Только падающий свет, который колеблется в той же плоскости, что и ориентированные молекулы полимера, поглощается, в то время как свет, колеблющийся под прямыми углами к плоскости, проходит через первый поляризационный фильтр. На рис. 1 первый поляризатор ориентирован вертикально по отношению к падающему лучу, поэтому он будет пропускать только те волны, которые колеблются вертикально. Проходящая через этот поляризатор волна затем блокируется вторым поляризатором, поскольку он ориентирован горизонтально по отношению к вектору напряжённости электрического поля световой волны. Идея использования двух поляризаторов, расположенных перпендикулярно друг другу, обычно называется кросс-поляризацией и является фундаментальной применительно к микроскопии поляризованного света.

Неполяризованный падающий луч (к примеру, солнечный свет) поляризуется в определённой степени в случае, когда он отражается от непроводящей поверхности, такой как вода или асфальт. В таком случае световые волны, у которых векторы напряжённости электрического поля параллельны поверхности, отражаются в большей степени, чем волны с другой ориентацией. Оптические свойства непроводящей поверхности определяют точное количество поляризованного отражённого света. Зеркала не являются хорошими поляризаторами, тем не менее многие прозрачные материалы успешно могут стать ими, но только если угол падающего света находится в определённых пределах. В этом случае угол, при котором будет наблюдаться максимальная поляризация, называется углом Брюстера и определяется следующим выражением:

formulas

где n — показатель преломления среды, Theta(i) — угол падения, Theta(r) — угол преломления.

Этот вид поляризованного света часто называют бликами, и его можно легко получить, если наблюдать за отдалённым участком шоссе в солнечный день. Свет, отражённый плоской поверхностью шоссе, частично поляризуется посредством векторов напряжённости электрического поля, колеблющихся в плоскости земли. Этот свет можно заблокировать с помощью поляризационных солнцезащитных очков с поляризационными фильтрами, ориентированными вертикально.

В линзах таких очков есть поляризационные фильтры, ориентированные вертикально по отношению к оправе. Те вектора напряжённости электрического поля, которые ориентированы в том же направлении, что и поляризационные линзы, проходят сквозь них. Напротив, перпендикулярные фильтрам волны блокируются линзами. Поляризационные солнцезащитные очки весьма полезны при вождении на солнце или на пляже — в случаях, когда солнечный свет отражается от поверхности дороги или воды, что приводит к возникновению ослепляющих бликов.

На сегодняшний день одним из наиболее востребованных направлений использования поляризации являются жидкокристаллические дисплеи (LCD), которым находят применение во множестве приложениях, таких как наручные часы, компьютерные экраны, таймеры, часы и многих других. Эти устройства основаны на взаимодействии стержневидных жидкокристаллических молекул с электрическим полем и поляризованными световыми волнами. Жидкокристаллическая фаза существует в нескольких основных состояниях, одно из которых называется холестерическим, при котором молекулы ориентированы в слоях, слегка закрученных друг относительно друга, образуя спираль. Когда поляризованные световые волны взаимодействуют с жидкокристаллической фазой, они «закручиваются» примерно на 90 градусов относительно падающей волны. Этот угол является функцией шага спирали холестерической жидкокристаллической фазы и зависит от химического состава молекул (может быть точно отрегулирован небольшими изменениями молекул).

Отличный пример основного применения жидких кристаллов в устройствах отображения можно найти в семисегментном цифровом ЖК-дисплее (см. рис. 2).

7led
Рисунок 2. Семисегментный LCD дисплей.

В таком устройстве жидкокристаллическая фаза заключена между двумя стеклянными пластинами (по принципу сэндвича), к которым подключены электроды как на рисунке ниже. На рис. 2 изображены семь чёрных электродов на стеклянных пластинах, которые можно заряжать по отдельности (в реальных устройствах они прозрачны для света). Свет, проходящий через первый поляризатор, поляризуется вертикально, и, в отсутствие тока на электродах, жидкокристаллическая фаза вызывает «закручивание» света на 90 градусов. Тогда этот свет уже может пройти сквозь второй поляризатор с горизонтальной поляризацией (скрещенный с первым под прямым углом). Таким образом образуется один из сегментов дисплея.

Когда происходит подача тока на электроды, жидкокристаллическая фаза выравнивается с током и теряет структуру холестерической спирали. Проходящий через заряженные электроды свет не закручивается и блокируется вторым поляризатором. За счёт согласования напряжения на семи положительных и отрицательных электродах дисплей способен отображать номера от 0 до 9.

Поляризационная микроскопия — схема системы.

Поляризация света в микроскопии
Рисунок 3. Схема поляризационного микроскопа проходящего света.

Поляризация света очень полезна во многих аспектах оптической микроскопии. Конфигурация микроскопа проходящего света использует скрещенные поляризаторы, где первый из них (называемый поляризатором) расположен перед изучаемым образцом на пути света, а второй (называемый анализатором) — помещён за образцом между объективом и окулярами. При отсутствии образца на предметном столике поляризованный поляризатором свет блокируется анализатором за счёт скрещенности, и свет не доходит до окуляров. В случае если образец обладает двулучепреломлением и наблюдается на предметном столике между скрещенными поляризаторами, микроскопист может визуализировать различные аспекты образца посредством света, поворачиваемым самим образцом, который уже проходит через анализатор.

Последние публикации

Показать все
Как проводить измерения на микроскопе? Часть 2
Как проводить измерения на микроскопе? Часть 2
2. Измерение линейных размеров с помощью окулярного винтового микрометра. Эта статья - вторая часть статьи…
Как проводить измерения на микроскопе? Часть 1
Как проводить измерения на микроскопе? Часть 1
Содержание 1. Измерения на микроскопе линейных размеров с помощью штриховой пластины в окуляре (окулярного микрометра).…
Выбор объективов для микроскопа – Часть 4
Выбор объективов для микроскопа – Часть 4
8. Какой метод наблюдения будет использоваться? Нужна ли методика повышения контраста? Эта статья - четвертая…
Показать все
Подберем лабораторное оборудование для работы
Подберем лабораторное оборудование для работы
Закажите лабораторное оборудование указав контактные данные и мы с вами свяжемся в ближайшее время.

Этот сайт использует cookies.