偏振光显微镜附件-Berek补偿器

 Berek补偿器能够精确测量光学延迟，是一种二十世纪初发明的补偿器。尽管该仪器至今被广泛使用，但现代文献中缺乏基于基本原理的全面内部工作描述，使得该仪器对新手学生和研究者难以接触。在这篇教程文章中，我们首先通过几何光学建立了基本关系，即补偿器诱导的变量延迟随其倾斜角变化。接着我们阐述制造商手册中普遍给出的大致关系——这些手册自计算尺时代以来似乎未再更新。接着我们讨论第三种倾斜-延迟关系，该关系是在更严谨的波动光学框架内获得的。最后，我们详细说明了仪器的工作原理。

在调节为零延迟的贝雷克补偿器中，单一双折射单轴晶体板的方向垂直于晶体表面，且平行于显微镜的光学轴。通过样品的偏振光以法向入射（零度）遇到补偿器，并以与偏振方向无关的速度通过补偿器传播。换句话说，当双折射板垂直于显微镜光轴时，Berek 补偿器就像普通各向同性材料，因此对通过的偏振光没有影响。

当补偿板倾斜调节旋钮相对于入射偏振光（及显微镜光学轴）方向旋转（见图1）时，入射面与非常轴的折射率面重合，改变通过晶体的光速。一般来说，偏振波前被一个可测量的量延迟，该量依赖于倾斜角度和照明波长。同时，垂直于入射平面偏振的光沿普通轴继续通过补偿板传播，速度与倾斜角无关。结果是，偏振光从样品中经过倾斜的贝雷克补偿器时，会被补偿器额外延迟，并积累相对相位移（依赖于倾斜角度），该相位移可由设备测量。贝雷克补偿器引入的光程差度由双折射板厚度、照明波长、补偿晶体普通轴与非常轴之间的折射率差以及倾斜角决定。大多数制造商将所有这些量合成一个常数，用于校准减速微量秤。

如图1和图2所示，Berek 补偿器配备了一个可倾斜的方解石板，安装在矩形框架内，并通过固定在游标刻度上的旋转鼓旋钮控制。补偿器位于显微镜中间管中，与偏振器和分析仪的偏振方向呈45度角，通过旋转补偿旋钮来调节延迟。旋转补偿器上的游标盘会使双折射板相对于显微镜光轴倾斜（见图2（a））。随着板材倾斜，延迟值增加

实际上，将双折射样品（通常是晶体）放置在显微镜台上并旋转，直到达到消光位置（即感兴趣的特征变暗）。接着，将舞台旋转+45度并夹紧固定。补偿鼓旋钮被设置为30度（旋转旋钮单向旋转以避免反冲），插入显微镜中间管中。最后，旋转补偿旋钮以确认黑色流苏是否与视场中心相交。如果流苏不与中心相交，舞台旋转90度并重新夹紧。传输带宽在540到570纳米之间的干涉滤波器可以提高测量的准确性，但除了没有滤波器时可见的黑条纹外，还会产生多个黑色条纹。参考表显示了实现补偿时倾斜角度的光程差值。

 图3展示了使用贝雷克补偿器进行的一系列典型测量。图3（a）中的矿物薄片展示了在交叉偏振照明下晶粒结构的表现，无论是无补偿器，还是当延迟板垂直于光轴（无延迟）时。通过插入贝雷克补偿器并旋转微调表盘，中心晶粒趋于消散（见图3（b）），从而测量双折射。仅针对交叉偏振光的拉米纤维厚度典型分析见图3（c）和图3（d），并插入补偿器并将延迟板倾斜至最大消光角度（图3（d））。

同样，其他双折射光纤维也可以通过贝雷克补偿器在广泛的延迟值范围内进行评估（见图3（e）和图3（f））。图3（e）所示的合成纤维表现出正双折射，当插入低阻值（0-3波长）贝雷克补偿器到光路时，中央部分呈现均匀分布的消光带，背景干涉颜色则较高。或者，高值补偿器（0-20波长）在光纤内部产生偏斜的消光带，背景产生低阶干涉图样（见图3（f））。注意，对于表现出负双折射的纤维，干涉条纹顺序在图3（e）和3（f）中会反转。一般来说，具有低延迟测量范围的Berek补偿器采用方解石/氟化镁板制造，而设计用于测量高延迟值的补偿器则采用方解石板。