微分干涉差显微镜概述

微分干涉相衬显微镜(DIC显微镜)的物理原理完全不同于相差显微镜,技术设计要复杂得多。DIC利用的是偏振光,透射式DIC显微镜有四个特殊的光学组件:偏振器(polarizer)、DIC棱镜、DIC滑行器和检偏器(analyzer)。偏振器直接装在聚光系统的前面,使光线发生线性偏振。在聚光器中则安装了石英Nomarski棱镜,即DIC棱镜,此棱镜可将一束光分解成偏振方向不同的两束光(x和y),二者成一小夹角。聚光器将两束光调整成与显微镜光轴平行的方向。

1952年,Nomarski在相差显微镜原理的基础上发明了微分干涉差显微镜。DIC显微镜又称Nomarski相差显微镜(Nomarki contrast microscope),其优点是能显示结构的三维立体投影影像。与相差显微镜相比,其标本可略厚一点,折射率差别更大,故影像的立体感更强。

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微分干涉相衬显微镜(DIC显微镜)的物理原理完全不同于相差显微镜,技术设计要复杂得多。DIC利用的是偏振光,透射式DIC显微镜有四个特殊的光学组件:偏振器(polarizer)、DIC棱镜、DIC滑行器和检偏器(analyzer)。偏振器直接装在聚光系统的前面,使光线发生线性偏振。在聚光器中则安装了石英Nomarski棱镜,即DIC棱镜,此棱镜可将一束光分解成偏振方向不同的两束光(x和y),二者成一小夹角。聚光器将两束光调整成与显微镜光轴平行的方向。最初两束光相位一致,在穿过标本相邻的区域后,由于标本的厚度和折射率不同,引起了两束光发生了光程差。在物镜的后焦面处安装了第二个Nomarski棱镜,即DIC滑行器,它把两束光波合并成一束。这时两束光的偏振面(x和y)仍然存在。最后光束穿过第二个偏振装置,即检偏器。在光束形成目镜DIC影像之前,检偏器与偏光器的方向成直角。检偏器将两束垂直的光波组合成具有相同偏振面的两束光,从而使二者发生干涉。x和y波的光程差决定着透光的多少。光程差值为0时,没有光穿过检偏器;光程差值等于波长一半时,穿过的光达到最大值。于是在灰色的背景上,标本结构呈现出亮暗差。为了使影像的反差达到最佳状态,可通过调节DIC滑行器的纵行微调来改变光程差,光程差可改变影像的亮度。调节DIC滑行器可使标本的细微结构呈现出正或负的投影形象,通常是一侧亮,而另一侧暗,这便造成了标本的人为三维立体感,类似大理石上的浮雕,如下图。

                                          DIC显微镜下的硅藻(伪彩色)

 

DIC显微镜使细胞的结构,特别是一些较大的细胞器,如核、线粒体等,立体感特别强,适合于显微操作。目前像基因注入、核移植、转基因等的显微操作常在这种显微镜下进行。

落射式的DIC显微镜则只需要三个特殊的光学组件:偏振器(polarizer)、DIC棱镜和检偏器(analyzer),其光学原理如图所示:

由图可知:由光源发出的光波经起偏器后经半透半反镜入射至Nomarski偏振棱镜,棱镜将其分成两束具有微小夹角、振动方向相互垂直且振幅相等的线偏振光,通过筒长无限显微物镜后,产生剪切量为△x(略小于显微镜分辨率)的平行光入射到放置在载物台上的被测表面,从被测表面反射的两束正交偏振光各自经原路返回,由棱镜重新复合共线,经检偏器后成像在像面上。由于被剪切的光束产生的分离量略小于显微镜的分辩极限,因而在视场中看不到干涉条纹,通过将被测样品的位相变化转化为光强的变化,可看到具有立体感的浮雕成像。

DIC显微镜广泛应用于生物医学、材料科学等领域。

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