A metallográfiai mikroszkóp képalkotási elvei
1. Világos mező, sötét mező
A Brightfield a legalapvetőbb megfigyelési módszer a minták mikroszkóp alatti megfigyelésére, amely világos hátteret mutat a mikroszkóp látóterében. Az alapelv az, hogy amikor a fényforrás függőleges vagy közel függőleges, és az objektívlencsén keresztül megvilágítja a minta felületét, akkor a mintafelületen keresztül visszaverődik az objektívre, így kép jön létre.
A különbség a sötét mezős megvilágítási módszer és a világos mező megvilágítási módszer között az, hogy a mikroszkóp mező területén sötét háttér jelenik meg. A világos mező megvilágítási módszer függőleges vagy merőleges beesés, míg a sötét mező megvilágítási módszer az objektívlencsén kívüli környező ferde megvilágításon keresztül történik. A minta szétszórja vagy visszaveri a besugárzott fényt, és a minta által szórt vagy visszavert fény belép az objektívlencsébe, hogy leképezze a mintát. Sötéttérben történő megfigyelés esetén világosan láthatóak színtelen, apró kristályok vagy világos színű apró szálak, amelyeket nehéz megfigyelni világos mezőben.
2. Polarizált fény, interferencia
A fény elektromágneses hullám, az elektromágneses hullám pedig keresztirányú hullám. Csak a keresztirányú hullámoknak van polarizációja. Olyan fénynek nevezzük, amelynek elektromos vektora a terjedési irányhoz képest rögzített módon rezeg.
A fény polarizációs jelensége kísérleti berendezések segítségével detektálható. Vegyünk két azonos A és B polarizátort, és engedjük át a természetes fényt az első A polarizátoron. Ekkor a természetes fény is polarizált fénnyé válik, de mivel az emberi szem nem tudja megkülönböztetni, egy második B polarizátorra van szükség. Rögzítse az A polarizátort, és helyezze a B polarizátort ugyanabba a vízszintes síkra, mint az A. Forgassa el a B polarizátort. Megállapítható, hogy az áteresztett fény intenzitása periodikusan változik, ahogy a B forog. A fény intenzitása fokozatosan növekszik a maximumról a maximumra minden 90 fokos elforgatásnál. A legsötétebbig gyengül, majd 90 fokkal elfordul, és a fény intenzitása fokozatosan növekszik a legsötétebbtől a legvilágosabb felé. Ezért az A polarizátort polarizátornak, a B polarizátort pedig analizátornak nevezzük.
Az interferencia az a jelenség, amelyben a fényintenzitás erősödik vagy gyengül két koherens hullámoszlop (fény) szuperpozíciója következtében a kölcsönhatási zónában. A fényinterferenciát főként kettős rés interferenciára és vékonyréteg-interferenciára osztják. A kettős rés interferencia azt jelenti, hogy a két független fényforrás által kibocsátott fény nem koherens fény. A kettős réses interferencia-eszköz egy fénysugarat áthalad a kettős réseken, és két koherens fénysugárrá válik, amelyek a fényernyőn kommunikálva stabil interferenciaperemeket alkotnak. A kettős réses interferencia kísérletben, amikor a fényernyő egy bizonyos pontja és a kettős rések közötti távolságkülönbség páros számú félhullámhossz, akkor ezen a ponton fényes csíkok jelennek meg; ha a világos képernyő egy bizonyos pontja és a kettős rések közötti távolságkülönbség páratlan számú félhullámhossz, akkor az ezen a ponton megjelenő sötét csíkok Young-féle kettős rés interferencia. A vékonyréteg-interferencia olyan jelenség, amelyben két visszavert fénysugár képződik, miután egy fénysugár visszaverődik a film két felületéről. Ezt a jelenséget vékonyréteg-interferenciának nevezik. Vékonyréteg-interferencia esetén az elülső és a hátsó felületről visszavert fény útkülönbségét a film vastagsága határozza meg, így vékonyréteg-interferencia esetén ugyanolyan fényes peremnek (sötét peremnek) kell megjelennie ott, ahol a film vastagsága egyenlő. Mivel a fényhullámok hullámhossza rendkívül rövid, vékony filmek interferálásakor a dielektromos filmnek elég vékonynak kell lennie ahhoz, hogy megfigyelje az interferencia peremeit.
3. Differenciális interferencia kontraszt DIC
A DIC metallográfiai mikroszkóp a polarizált fény elvét használja. A transzmissziós DIC mikroszkóp főként négy speciális optikai alkatrészből áll: polarizátor, DIC prizma I, DIC prizma II és analizátor. A polarizátor közvetlenül a kondenzációs rendszer elé van felszerelve, hogy lineárisan polarizálja a fényt. A kondenzátorba DIC prizma van beépítve. Ez a prizma egy fénysugarat két különböző polarizációs irányú fénysugárra (x és y) tud felbontani, és a két nyaláb kis szöget zár be. A kondenzátor a két fénysugarat párhuzamosan állítja be a mikroszkóp optikai tengelyével. Kezdetben a két fénysugár azonos fázisú. A próbatest szomszédos területein való áthaladás után a két fénysugár közötti optikai útkülönbség a próbatest eltérő vastagsága és törésmutatója miatt következik be. Az objektív hátsó fókuszsíkjába egy DIC prizma II került beépítésre, amely egyesíti a két fényhullámot. Ekkor a két fénysugár polarizációs síkja (x és y) még létezik. Végül a nyaláb áthalad az első polarizáló eszközön, az analizátoron. Mielőtt a sugár DIC-képet alkotna a szemlencsében, az analizátort a polarizátorra merőlegesen kell beállítani. Az analizátor két egymásra merőleges fényhullámot kombinál két, azonos polarizációs síkkal rendelkező sugárnyalábba, ami interferenciát okoz. Az x és y hullámok közötti optikai útkülönbség határozza meg, hogy mennyi fényt bocsátanak ki. Ha az optikai útkülönbség 0, nem jut át fény az analizátoron; ha az optikai útkülönbség egyenlő a hullámhossz felével, az áthaladó fény eléri a maximális értéket. Tehát a szürke háttéren a minta szerkezete különbséget mutat világosban és sötétben. A kép legjobb kontrasztjának elérése érdekében az optikai útkülönbség a DIC prizma II hosszirányú finombeállításával módosítható. Az optikai útkülönbség megváltoztathatja a kép fényerejét. A DIC Prism II beállításával a minta finom szerkezete pozitív vagy negatív vetítési képet mutathat, általában az egyik oldal világos, a másik pedig sötét, ami mesterséges háromdimenziós érzetet kelt a mintán.
