微分干涉显微镜原理

微分干涉显微镜原理
微分干涉显微镜原理

微分干涉显微镜原理
当两束光通过光学系统时会发生相互干涉,如果相位相同,干涉的结果是亮度增强,反之,就会相互抵消变暗,这就是光波的干涉现象.
微分干涉显微镜是以平面偏振光为光源,光线经棱镜折射后分成两束,在不同时间经过样品的相邻部位,然后经过另一棱镜将这两束光汇合,从而样品中厚度上的微小差别就会转化成明暗区别,增加了样品反差,造成了标本的人为三维立体感,类似大理石上的浮雕.
微分干涉显微镜适于研究活细胞中较大的细胞器,如果接上录像装置可以记录活细胞中的颗粒以及细胞器的运动.

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（differential interference contrast microscope）。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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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（differential interference contrast microscope）。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。
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，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Wollaston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Wollaston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。
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。
Differential interference contrast microscopy (DIC), also known as Nomarski Interference Contrast (NIC) or Nomarski microscopy, is an optical microscopy illumination technique used to enhance the contrast in unstained, transparent samples. DIC works on the principle of interferometry to gain information about the optical density of the sample, to see otherwise invisible features. A relatively complex lighting scheme produces an image with the object appearing black to white on a grey background. This image is similar to that obtained by phase contrast microscopy but without the bright diffraction halo.
DIC works by separating a polarised light source into two beams which take slightly different paths through the sample. Where the length of each optical path (i.e. the product of refractive index and geometric path length) differs, the beams interfere when they are recombined. This gives the appearance of a three-dimensional physical relief corresponding to the variation of optical density of the sample, emphasising lines and edges though not providing a topographically accurate image.

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