de Sénarmont和Nomarski DIC中的波前关系

在微分干涉衬度 ( DIC ) 显微镜中，普通波前和异常波前之间的空间关系和相位差由物镜棱镜 (Nomarski DIC) 的位置或 de Sénarmont 中的偏振器和薄石英延迟板之间的关系决定设计。本交互式教程探讨了两种显微镜配置中波前关系之间的异同。

本教程首先使用 de Sénarmont DIC 显微镜光学系统，该系统带有聚光沃拉斯顿棱镜和出现在窗口中的物镜诺马斯基棱镜。一束线偏振光从偏振器中射出，在进入下部沃拉斯顿棱镜（标记为聚光棱镜）并在石英楔形界面处被剪切之前，被分成两个正交分量。在本教程中，普通波前由黑色光线轨迹上的短红线（与浏览器窗口平行）表示，而非凡的波前则由黑色光线轨迹上的短红线（与浏览器窗口平行）表示。波前由红色光线轨迹上的黑点（垂直于浏览器窗口）表示。剪切的正交波前被聚光镜渲染为平行，并穿过样本，然后被物镜收集并聚焦到诺马斯基棱镜（物镜棱镜）的干涉面上。重新组合的波前从物镜棱镜中出现并穿过分析仪，以完成通过虚拟 DIC 显微镜的旅程。请注意，光线追踪路径是简化的示意图，并不旨在准确表示穿过光学系统的实际折射波前场。

通过切换成像模式单选按钮组（标记为de Sénarmont和 Nomarski），可以将显微镜从 de Sénarmont 更改为传统的 Nomarski 配置。在诺马斯基成像模式下，从偏振器发出的线偏振光束首先进入下部沃拉斯顿棱镜（标记为聚光棱镜），然后被分成两个正交分量并在石英楔形界面处剪切。在de Sénarmont模式下，偏振器旋转角度滑块控制离开四分之一波长延迟板的波前之间的关系。在 de Sénarmont 模式下，波前之间的光程差由偏振器相对于延迟板（在进入 Wollaston 或 Nomarski 棱镜之前）的位置决定。然而，在Nomarski模式下，物镜棱镜位置滑块用于创建类似的光程差。

为了操作本教程，请使用物镜棱镜位置（Nomarski 模式）或 偏振器旋转角度（de Sénarmont 模式）滑块分别在显微镜光路上横向平移物镜棱镜或旋转偏振器。随着波形关系的改变，新兴波形（如教程窗口的右上角所示）从线性变化，经过不同程度的椭圆形，最后变为圆形。当波形具有某种程度的椭圆或圆形特征时，从物镜棱镜发出的一部分光可以穿过分析仪形成图像。样本梯度滑块可用于增加样品上的光路梯度，这也会使从物镜棱镜出现的波形产生变化。使用小程序速度滑块可以增加或减少波前穿过虚拟显微镜的速度。

传统上，通过使用位于安装框架末端的微调旋钮（通常位于显微镜物镜转换器外壳或中间管中）沿光轴来回平移物镜诺马斯基棱镜，将偏差引入微分干涉显微镜中。另一种越来越流行的技术是在偏振器和聚光棱镜之间以固定方向安装四分之一波长延迟板（称为de Sénarmont）DIC 补偿）。在最大消光时，延迟板的快轴与偏振器的透射轴对齐，并且两个光学单元可以（并且通常）包含在显微镜底座上的同一外壳内。在配备适当中间管的显微镜中，de Sénarmont 补偿器的另一个位置是在物镜棱镜和分析仪之间。

为了使用 de Sénarmont 补偿器引入偏置，偏振器透射轴相对于延迟板的快轴旋转（最多正负 45 度），延迟板相对于检偏器保持固定在 90 度角传动轴。当补偿器快轴与偏振器的透射轴重合（平行）时，只有线偏振光通过德塞纳蒙补偿器到达聚光棱镜。然而，当偏振器透射轴旋转时，从四分之一波长延迟板出现的波前变为椭圆偏振。沿一个方向旋转偏振器将产生右旋椭圆偏振光，而沿另一方向旋转偏振器将改变矢量轨迹以产生左手椭圆扫描。

当偏振器透射轴的方向达到正或负 45 度（相当于四分之一波长延迟）时，穿过补偿器的光变为圆偏振（同样是左旋或右旋）。由于椭圆或圆偏振光代表从 de Sénarmont 补偿器出现的普通波前和异常波前之间的相位差，因此当波前进入聚光棱镜并被剪切时，系统中就会引入偏差。当偏振器沿一个方向旋转时获得正偏压，而当偏光器沿相反方向旋转时引入负偏压。

无论是通过平移物镜诺马斯基棱镜还是通过旋转德塞纳蒙补偿器上的偏振器将偏差引入微分干涉衬度系统，最终结果都是相同的。如前所述，在针对科勒照明对准的正确配置的显微镜中，光源和聚光棱镜的图像由光学系统（聚光镜和物镜）传输到位于物镜后焦平面的倒置的第二诺马斯基棱镜上。聚光棱镜表面的线性相移由物镜棱镜中的相反相移精确补偿。物镜棱镜沿剪切轴的平移不会改变相移分布，而是增加或减少整个显微镜孔径上的恒定相位差。以同样的方式，在 de Sénarmont 补偿器中旋转偏振器也会引入可变且受控的相位差。匹配的棱镜系统使得从聚光镜孔径投射的每个波前对都能够以相同的偏置延迟进行成像，而不管它穿过样本到达物镜的路线如何。

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