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偏光显微镜检查通常应用于材料科学和地质学领域，从而根据折射率和色彩来鉴别矿物质。在生物学领域，通常运用偏光显微镜来鉴别结晶体等双折射结构，或实现上述结构体，以及植物细胞膜质和淀粉粒成像。

双折射性是偏光显微镜检查的关键所在

双折射性物体具有通过折射性将单一光射线分割成两条光射线的功能属性。双折射物体包含具有高度有序的分子结构的材料，例如，氮化硼或方解石晶体。细胞膜质或淀粉等生物试样也具有双折射性。在显微镜检查中，可将双折射性与线性偏振光结合，获得两条光射线干涉，从而产生类似光环的色彩效果，照亮结构体。

偏光显微镜的校准和光路

一台正常的光学显微镜需要至少两个额外部件以进行偏光显微镜检查。针对双折射性的检测，必须使用线性偏光进行照明。因此，必须在显微镜的光路中插入两个偏振滤光片。第一个偏振滤光片将产生偏振光，用于照亮试样，而第二个偏振滤光片，即检偏镜，则将受测光线限定为折射光。

两个偏振滤光片必须互为 90°，以获得所谓的“暗位”。将偏振滤光片安装到位后，将不会有光线穿过照相机或目镜，图像将变暗。暗位构成是偏光显微镜检查的重要步骤，它能够确保仅试样所在偏光面发生变化时，可以看见。

图 1：偏光显微镜原理：由偏光镜 1 进行偏光处理的非偏光。光线穿过偏光镜 1  之后，将通过聚光镜实现对试样的聚焦。如果试样具有双折射性或含有双折射结构，部分光的偏光面将呈  90°扭曲（在图中用红线表示）。试样图像通过物镜放大，并达到偏光镜 2。如果偏光镜 2 相对偏光镜 1 呈  90°（称为“暗位”），那么，仅穿过双折射材料的光线可以穿过上述区域，且该现象用户能够观察到。因此，仅偏光结构是可见的。

偏光镜和检偏镜

当光线穿过第一个偏振滤光片时，将会生成线性偏振光。如果线性偏振光穿过适当偏光面上的双折射材料，其将被折射，并分割成两条光射线，部分光射线的偏光面将被转动成  90°。如果经过折射的光射线已经适当校准（即与第一个偏振滤光片呈  90°），则其随后将穿过第二个偏光镜（检偏镜）。因此，仅双折射材料能够在偏光显微镜中生成图像。

图 2：太阳光或灯泡产生的光线属于非偏光。这就意味着，电磁波将在所有方向上振荡。如果非偏振光穿过偏光镜  1，同时产生明确的偏光，在这种情况下，属于垂直偏光。如果此偏光随后到达转动 90°后的偏光镜 2，那么，将不会有光线穿过偏光镜  2。因此，两个偏光镜彼此转动 90°后将处于“暗位”上，因为从第二个偏光镜后不会再看到任何光线。

受测的双折射材料的偏光轴与第一个偏光镜生成的偏光轴相同，这一点非常重要。因此，很多偏光显微镜配备转动载物台，用于确保物体的偏光面能够轻松与第一个偏振滤光片的偏光面对齐。在偏光显微镜检查中，有很多适用于特殊应用领域的配件。

勃氏镜用于晶体模式下进行锥光镜观察，其将在物镜后孔中聚焦。此外，补偿镜的光减速板对双折射试样的定量分析非常有用。

偏光显微镜应用领域

图  3：波罗的海琥珀中的飞虫内含物。尽管琥珀是一种非晶体物质，但是理论上来说，它具有光学各向同性，因内应变和包裹物引起的应变而产生的树脂流状构造，通过偏振光即可看见。运用偏振光和一级红色补偿镜会使金琥珀色的颜色强度增加。暗场和入射光（玻璃纤维）照明系统组合，正交偏光镜，一级红色补偿镜，HDRI  色调映射。瑞士宝石学协会，位于瑞士伯尔尼，Courtesy of Michael Hügi。

图 4：钴，冷轧，Beraha  腐蚀剂，偏光。微观结构形态检测在材料科学与失效分析领域具有决定性作用。通过对显微镜下的腐蚀试样进行光学偏振处理，常常能够增强色彩相衬度，并促进特定微观结构的构成。德国普福尔茨海姆应用技术大学，Courtesy  of Ursula Christian。

图 5：酒石酸，偏光

光学元件放置于在试样下方，根据显微镜原理，您便可以利用倒置显微镜从下方观察试样。而利用正置显微镜，您则需要从上方观察。传统上来说，倒置显微镜一般用于生命科学研究，因为重力会使得试样沉到有水溶液的支架底部，从上方您观察不到太多内容。但是一段时间以来，倒置显微镜在工业中的应用中也变得日益流行。下面我们就来了解一下倒置显微镜在工业应用中拥有哪些优势。

1. 倒置显微镜自由度大于正置显微镜

正置显微镜的试样大小限制在平均高度80  mm和重量3kg，该范围取决于所用的物镜。倒置显微镜没有这种限制。因为光学元件被放置在工作台下部，而试样则放置在物镜上方。这表明用户的工作距离更大，并可使用重达30kg大而沉重的试样，倒置显微镜的结构图见下图。因此，如果使用大而沉重或者尺寸和重量差别很大的试样，倒置显微镜能够提供您需要的自由度，显微镜下的世界更丰富。

2.倒置显微镜使您可以在较短时间内观察更多试样

采用倒置显微镜，您只需将试样放置在工作台上，聚焦到表面一次并使其成像便可完成工作。试样在所有放大倍率下都能保持聚焦，且更多相同种类的试样也同样可以聚焦。

采用正置显微镜，工作流程包含多个需要操作员执行的不同任务：切换到较小放大倍率进行定位时，需要依次降低工作台、移出工作台、取出试样架、采用新试样架、将试样放置在试样架上、保护试样并使用压片装置平整试样表面。操作员需要执行所有以上步骤，而且所有这些不同的步骤每次都伴有执行失败的风险。

对于未经培训的操作员，放置试样可能是一个艰巨任务；而采用倒置显微镜，将试样放置在工作台则轻而易举，所需执行的步骤也更少，总体而言，倒置显微镜的使用方法更加简便。

另一点就是：所述正置显微镜的所有步骤加起来需要花费更多时间，尤其是在您需要依次观察多个试样时。我们假设操作正置显微镜是有丰富经验的用户，即使每个步骤只需5秒钟，倒置显微镜用户也能击败其同事：以下是用户使用正置显微镜与用户使用倒置显微镜的示例，例如工业用Leica  DMi8。他们的任务是分析一份标准金相试样。

根据以上假设，比起在正置显微镜上分析试样，倒置显微镜切换试样的速度要快上4倍，因此利用倒置显微镜可以实现更高的生产效率。

3.采用倒置显微镜，不会导致物镜撞坏试样

最好的操作员也可能遇到物镜撞坏试样的情况，这是使用正置显微镜时人人皆知的风险。发生这种情况时，您不仅需要投资购买新的物镜，还需要丢弃试样。在大多数情况下，没有多余的物镜可以立即使用，需要重新订购。这便导致了试样工作效率降低，并且如果没有第二个显微镜可用，那么在最坏情况下可能工作都要完全中断。

倒置显微镜的设计非常有助于降低物镜撞坏试样的风险。首先，物镜位于工作台下方，因此可以获得更好的保护。其次，倒置显微镜（例如工业用Leica   DMi8）具有上聚焦停止功能，该功能可通过定义管口上限来提供额外的安全性。因此，在保护投资的同时，您可以专注于自己的任务，而不用花时间担心可能损坏工具和试样。

4.倒置显微镜节省制备试样的时间和金钱

因为照现在的情形采样并将其放置在工作台上，试样制备将受到限制。另外，只有试样的一侧需要处理，当试样不需要嵌入时，也就无需将更大的试样切成几个部分，与正置显微镜相比，倒置显微镜可以为您节省更多的时间。在显微镜上处理试样时，也无需使用压片装置平衡试样。您制备试样只需执行两个步骤，而不是七个。这可以节省您的时间和金钱。

5.倒置显微镜的操作方向和普通习惯一样

如果用正置显微镜观察试样，根据正置显微镜的原理，您的大脑会遇到一个棘手的问题：向左移动工作台时，您通过目镜看到的试样图像是向右移动的。当然，反之亦然。

如果用倒置显微镜观察试样（例如工业用Leica  DMi8），试样图像与工作台会朝着相同方向移动。这种运动方式符合我们对于运动的常规习惯。尤其对于未经培训的用户，倒置显微镜的使用方法从真正意义上减轻了工作，因为他们不必考虑试样移动的方向，只需要像未通过光学元件一样操作。做事情时不用思考可以节省时间，由此可以加快您的工作进程。