【分享】相衬显微镜的原理及其应用

一、 相衬显微镜的光学原理
如图1所示，在金相显微试样的磨面上两相间具有一个微小的高度差Δd。如果两相反射系数相等则光在高低两面上反射光的强度也相等，用肉眼几乎看不到衬度的差别。因为低凹相反射光P光高凸相的反射光S多走了2Δd的光程，即产生了2Δd的光程差，其周相差Δφ=2π×2Δd/λ。根据阿贝成象原理，物体所成的象是由物体产生的直射线和省直射线叠加而成。图1中，低凹相的反射光P可以看成是由S和D合成。P比S滞后Δφ相位。这里S与高凸相上反射光的相位振幅相同，称为直射光，D为衍射光，因Δd很小，Δφ也很小，可以近似地认为D比S迟后π/2，存在λ/4的光程差，这时S和D叠加后看不出明暗的衬度差别，如图2所示。

相衬技术的基本原理是：直射光S与衍射光D原来的相位差近似于π/2，首先要设法使S的相位推迟或提前π/2，使S与D变为同相(相位差为零)或反相(相位差为π)。这时S与D干涉叠加后的P由于加旨或减弱而使低凹相与高凸相的反射光S有了差别。但是由于直射光S远大于衍射光D，所以还需将直射光S的振幅压低，使之接近于衍射光D的强度，这样叠加后P与S有了明显的差别。如图3、4所示。这里使直射光S移相和减幅是相衬原理的两条基本原则。

当S与D反相叠加后，高凸相光的强度高于低凹相的强度，高凸相为明亮色，低凹相作为衬底为黑暗色，所以叫暗衬，又由于这时S的相位提前π/2，所以又称为正相衬。如图5所示，当S和D同相叠加后，高凸相的光的强度远低于低凹相的光的强度，这时高凸相为黑暗色，低凹相作为衬底为明亮色，所以叫明衬，由于这时S的相位推迟了π/2，又叫负相衬。如图6所示。

二、相衬显微镜
由图7表示相衬显微镜的光路图。从图中可以看出相衬方法可以使用特制相衬显微镜(如图8所示)， 也可以在一般大型光学显微镜的光路加入相衬附件。下面对相衬显微镜及有关附件作简单介绍。

2.1 相衬附件
相衬附件包括如下几个部分：
1.环形光栏也叫环形遮板。环形光栏放在相衬显微镜的孔径光栏附近，在使用时，将孔径光栏调到最大。环形光栏常做成圆环形状或同心双环状，也有做成不连续环的，如图9所示。

2.相板是在圆玻璃片上对应于环形光栏透光的圆环处涂上两层不同的膜。一层是氟化镁，起移相的作用；另一层是银或铝，起调幅的作用。带有涂层的环叫相环，控制氟化镁涂层厚度，使直射光推迟π/2或3π/2 (相当于超前π/2)。调幅的多少则取决于银或铝的厚度，也有做成凹环状或者是凸一环状代替氟化镁涂层起移相作用，如图10所示。

相板有固定相板和活动相板两种。固定相板在物镜的焦平面上，这种物镜是专用的相衬物镜，如图10(a)所示。活动相板用时可以插入，不用时可以拆下，可以利用显微镜已有的物镜，不必另配相衬物镜，但每个物镜都配有相应的相板。来自光源的光通过物镜射入试样表面不必经过相环，减少了反射眩光，如图10(b)所示。