金相显微镜的光學(xué)原理(lǐ)
2024-04-25(952)次浏览
金相显微镜是用(yòng)于观察金属内部组织结构的重要光學(xué)仪器。所有(yǒu)光學(xué)仪器都是基于光線(xiàn)在均匀的介质中作直線(xiàn)的传播,并在两种不同介质的分(fēn)界面上发生折射或反射等现象构成的。研究这些现象的理(lǐ)论称為(wèi)几何光學(xué)。随着几何光學(xué)及物(wù)理(lǐ)光學(xué)的发展,金相显微镜已日臻完善。為(wèi)了能(néng)正确地使用(yòng)各种现代的金相显微镜,本节将介绍与普通光學(xué)显微镜有(yǒu)关的几何光學(xué)基本原理(lǐ)。
一、几何光學(xué)的基本原理(lǐ)
(一)几何光學(xué)基本定律
几何光學(xué)的理(lǐ)论基础,就是由实际观察和直接实验得到的几个基本定律;光的直線(xiàn)传播定律;光的独立传播定律及光的反射和折射定律。在所研究的对象中,若其几何的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所用(yòng)光波的波長(cháng)(如对有(yǒu)一定大小(xiǎo)的透镜或面镜研究由它们成象的物(wù)距和像距等),则由几何光學(xué)可(kě)以获得与实际基本相符的结果。
几何光學(xué)基本定律的要点表述如下:
(1)光的直線(xiàn)传播定律:在均匀介质中,光沿直線(xiàn)传播。即在均匀介质中,光線(xiàn)為(wèi)一直線(xiàn)。
(2)光的独立传播定律:自不同方向或由不同物(wù)體(tǐ)发出的光線(xiàn)的相交,对每一光線(xiàn)的独立传播不发生影响。
(3)光的反射和折射定律:当光線(xiàn)由一介质进入另一介质时,光線(xiàn)在两个介质的分(fēn)界面上被分(fēn)為(wèi)反射光線(xiàn)和折射光線(xiàn)。对于这两条光線(xiàn)的行进方向,可(kě)分(fēn)别由反射定律和折射定律来表述。
(二)光的全反射
当光線(xiàn)射到两种媒介的界面上时,反射和折射现象是同时产生的。反射光和折射光的强弱随入射角而异。如图2所示,在实发光点s所处介质的折射率大于分(fēn)界面另一侧介质的折射率(n>n')时,折射角i总大于入射角i;当i'=90°,相应的入射角i是给定情况下的更大入射角,入射角超过i的光線(xiàn),都不能(néng)进入分(fēn)界面的另一侧,而按照反射定律返回原介质,这种完全返回原介质的反射称為(wèi)全反射,或全内反射。
(三)光的折射、反射及全反射在光學(xué)金相显微镜中的应用(yòng)
在光學(xué)仪器中,為(wèi)了工作方便常常需要改变光束的方向和行程,利用(yòng)折射、反射及全反射原理(lǐ)设计的各类光學(xué)元件,能(néng)够圆满地完成这一任務(wù)。其在光學(xué)显微镜中的应用(yòng)例举如下:
(1)金相显微镜中光源集光镜的曲面反射、光線(xiàn)转向的平面反射镜及球面反射镜都是利用(yòng)光的反射定律而设计的光學(xué)元件。
如平面反射镜可(kě)以借助抛光金属表面、镀银的玻璃镜面及平面玻璃等来完成。镀银镜面反射常用(yòng)于改变光線(xiàn)方向,但使用(yòng)日久因表面氧化或剥蚀而减弱反射能(néng)力;平面玻璃反射镜用(yòng)作垂直照明器,因光線(xiàn)损失较多(duō),一般别无它用(yòng)。
反射定律与可(kě)见光線(xiàn)的波長(cháng)无关,故根据反射所设计的物(wù)镜没有(yǒu)色象差等缺陷。
(2)借助光在棱镜中的全反射来改变光的进行方向,这在许多(duō)方面都较平面反射镜优越。首先,因為(wèi)全反射时光能(néng)够完全反射回原介质,而采用(yòng)镀介质膜的平面镜反射时,在反射表面上将有(yǒu)一定的光能(néng)被吸收;其次,在研磨工艺和装校技术上棱镜具有(yǒu)容易制成多(duō)种多(duō)样组合的反射面和满足高精度要求的特点,故在近代金相显微镜中除以半透半反的平面镜作垂直照明器外,均以全反射棱镜来改变光線(xiàn)行程。常用(yòng)的反射镜如图3所示,(a)(b)可(kě)使光線(xiàn)转向 90°,在显微镜中用(yòng)作改变光路:(c)用(yòng)于斜管目镜筒中使光線(xiàn)转向;(d)用(yòng)于双筒目镜反射;(e)用(yòng)于照相机或瞄准镜的调焦光路中,使光路改变90°,像的左右与物(wù)的左右互换。
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