偏振光的反射特征

要了解偏振光金相显微镜（polarizing microscope）的原理，我们首先应了解偏振光的反射特性。偏振光在光学性质均匀体表面的反射遵循反射定律，在各个方向上的反射率（即反射光强度与入射光强度之比）均相同。

图4-1 偏振光分量（I+）的表述

对于光学性质非均匀体表面的偏振光反射，在晶体不同方向上反射率不同。设起偏器的振动方向为PP，检偏器的振动方向为BB，偏振光在晶体光轴方向上的反射率为R，垂直于光轴方向反射率为S，因为反射光在光学上是非均匀的，因此R不等于S。设R＞S（见图4-1），一束光经起偏器后得到PP方向振动的偏振光，其振幅为F，将振幅为F的偏振光分解为平行于光轴和垂直于光轴方向的两个分量。设光轴与PP方向的夹角为θ，则两个分量分别为

F′R=Fcosθ

F′S=Fsinθ

反射后由于两个方向上反射率不同，平行光轴分量的反射光振幅为

F″R=RFcosθ

垂直于光轴分量的反射光的振幅为

F″S=SFsinθ

两个分量叠加的振幅为

振幅为A的偏振光不再是PP振动方向，而是转过一个ω角度（见图4-1），对应的偏振光有一个分量（I+），其平行于检偏器的振动方向（见图4-1中的B-B方向），因此可以通过检偏器，则有：

I+=Asinω=Atanω·cosω

其中

整理可得：式中，sin2θ与晶体性质无关，只与反射体和入射光线的方位有关，可通过载物台的旋转操作改变θ方向，而F（R-S）／2与晶体的光学性质有关。对于光学性质均匀体，R-S=0，I+=0，因此转动载物台一周（360°），在目镜中看到全黑暗的消光现象。对于光学非均匀体，R-S≠0，在转动载物台一周过程中，当θ角分别为0°，90°，180°，270°时，sin2θ=0，产生消光现象；当θ角为45°，135°，225°，315°时，sin2θ=1，此时光线强度最大；θ为其他角度时，图像的亮度在上述两种情况之间。因此在转动晶体一周中，可观察到四次明亮和四次消光。在实际情况中，当试样表面不是十分平整，可能会发生光线的漫反射，在消光条件下，看到的不单纯呈黑暗的颜色，而是灰色。这种漫散射光的强度不随载物台转动而发生变化。