پلاریزه کردن نور

دید کلی
در بسیاری از مطالعات میکروسکوپی مثل مطالعه سنگها ، مواد شیمیایی کریستالی و بسیاری از ترکیبات آلی مثل ساختمان کراتین ، عضلات ، کلاژنها نیاز به استفاده از میکروسکوپهای پلاریزان می‌باشد. جز اینها در مطالعات میکروسکوپی پلاریزان نور پلاریزه می‌باشد.

نور پلاریزه
نور معمولی متشکل از فوتونها هستند دارای بردارهای الکتریکی و مغناطیسی عمود بر هم می‌باشند. این دو میدان بطور سینوسی در حال نوسان می‌باشند و در ضمن در جهت عمود بر صفحه دو میدان و یا صفحه ارتعاشات این دو منتشر می‌شوند. ارتعاشات میدان الکتریکی نور غیر پلاریزه در یک نقطه در همه جهات می‌باشد. اکثر مواد شیشه‌ای و بسیاری از مواد دارای این ویژگی هستند که وقتی یک دسته پرتو نوری به آنها وارد شود در آن صورت سرعت انتشار و نحوه انتشار نور در جهات مختلف در آنها مشابه و یکسان می‌باشد و تنها تغییری که در نحوه حرکت دسته پرتو ضمن عبور از این مواد حاصل می‌شود آن است که بر اساس قوانین اسنل مسیر و جهت آنها نسبت به قبل از ورودشان به آن ماده تغییر می‌کند. اینگونه مواد را مواد ایزوتروپیک (isotropic) می‌نامند. مواد ایزوتروپیک در همه جهات دارای ضزیب شکست مشابه هستند.

بعضی مواد شفاف و نیمه شفاف دارای دو ضریب شکست می‌باشند، یعنی نحوه انتشار نور در داخل این مواد در جهات مختلف متفاوت است. وقتی که یک دسته پرتو نوری به داخل این گونه مواد وارد می‌شود اگر نور غیر پلاریزه باشد در آنصورت به دو دسته پرتو تقسیم می‌شود. این دو دسته پرتو در جهات عمود بر هم حرکت می‌کنند و ارتعاشات میدان الکتریکی آْنها کاملا بر هم عمود می‌باشد. هر دسته پرتو بنام نور پلاریزه شده و صفحه ارتعاش آنها را صفحه پلاریزاسیون می‌نامند. موادی که دارای این چنین خاصیتی هستند بنام مواد غیر ایزوتوپ می‌نامند. بعضی مواقع نیز اینگونه مواد را مواد با ضریب شکست دو گانه می‌نامند. در بررسیهای پلاریزاسیون لازم است که ما نور پلاریزه داشته باشیم این عمل را بوسیله یک صفحه پلاریزور می‌توان انجام داد. نور خارج شده از صفحه پلاریزور یک نور پلاریز است. میدان الکتریکی این فوتونها تنها در امتداد محور پلاریزاسیون صفحه پلاریزور ارتعاش می‌نماید.

روشهای تولید نور پلاریزه
نور پلاریزه را می توان به طرق مختلف ایجاد نمود. روشهاتی معمول عبارتند از:

۱٫ بازتابش
۲٫ شکست مضاعف
۳٫ جذب انتخابی
۴٫ پراکندگی
در اینجا دو روش ایجاد نور پلاریزه مورد نیاز در میکروسکوپهای پلاریزان را مختصرا توضیح می‌دهیم:
منشور نیکول
این منشور از بلور کلسیت درست شده است (کلسیت یا کربنات کلسیم). نور هنگام عبور از بلور کلسیت به دو دسته پرتو تجزیه می‌شود به گونه‌ای که اگر این بلور را مثلا بر روی نوشته‌ای قرار دهیم نوشته‌ها بصورت مضاعف دیده می‌شود. نور وارد شده به کلسیت به دو دسته پرتو تجزیه می‌شود، که یکی تابع قوانین اسنل است که آنرا شعاع عادی می‌نامند. دسته پرتو دیگر از قوانین نور عادی پیروی نمی‌کند لذا به آن پرتو غیر عادی گویند. مسیر نور عادی و نور غیر عادی و همچنین سرعت انتشار این دو دسته پرتو با همدیگر متفاوت است، البته هر دو دسته پرتو نور پلاریزه می‌باشند.

منشور نیکول

منشور نیکول (Nicol) بدین گونه ساخته می‌شود که یک بلور کلسیت را در امتداد قطرش برش می‌دهند سپس قطعات بدست آمده را بوسیله صمغ مخصوصی بنام صمغ کانادا (Canada blasm) به همدیگر می‌چسبانند. ضریب شکست این ماده ۵۵/۱ است که از ضریب شکست کلسیت برای شعاع عادی ۶۵۶/۱n= کمتر است و از ضریب شکست شعاع غیر عادی ۴۸۲/۱=n بیشتر می‌باشد. لذا وقتی که نور به محل اتصال دو نیمه می‌رسد نور غیر عادی انعکاس کلی پیدا می‌کند و تنها نور عادی از آن خارج می‌شود و بنابراین نور خارج شده یک دسته پرتو پلاریزه شده می‌باشد. می‌توان پلاریزه بودن نور خارج شده را بوسیله یک منشور دوم امتحان نمود. در صورتی که دو منشور نیکل به موازات همدیگر قرار گیرند نور خارج شده از اولی بدون تغییر از دومی نیز خارج می‌شود و در صورتی که محور پلاریزاسیون آنها عمود بر هم قرار گیرند نور پلاریزه خارج شده از اولی از دومی عبور نمی‌نماید.

تورمالین
نوع دیگری از پلاریزورها که بر اساس جذب انتخابی عمل می‌کنند موادی مثل تورمالین می‌باشند. اینگونه مواد وقتی نور غیرپلاریزه به آنها بتاید پس از ورود مثل بلور کلسیت در آن شکست مضاعف اتفاق می‌افتد و لیکن شعاع عادی آن در صورت ضخامت کافی بلور کاملا در داخل بلور جذب می‌شود و شعاع غیر عادی از بلور خارج می‌شود. بنابراین بلور تورمالین ارتعاشات را در یک راستا جذب و ارتعاشات در جهت عمود بر آن را عبور می‌دهد. این خاصیت تورمالین مربوط به ساختمان ملکولی آن می‌باشد. ماده تورمالین را نمی‌توان به جای منشور نیکول استفاده نمود، بخاطر آنکه این بلور رنگین است لذا نور سفید از آن عبور نمی‌کند.

آنالیزور (Analyser)
آنالیزور یک پلاریزور دیگر است که نحوه کار آن دقیقا مشابه پلاریزر است بجز آنکه محل نصب آن در پشت پلاریزور واقع می‌باشد. آنالیزور در میکروسکوپهای پلاریزان بین عدسی شیئی و چشم مشاهده کننده واقع است. موقعی که در میکروسکوپها از منشور نیکول استفاده می‌شود. معمولا آنرا درست بالای عدسی شیئی و یا درست بالای عدسی چشمی قرار می‌دهند تا از ایجاد مانع در مقابل نور جلوگیری نماید و لیکن در میکروسکوپهایی که از فیلترهای پلاروئید به عنوان آنالیزور استفاده می‌شود این فیلتر در داخل لوله عدسی نصب می‌گردد و دارای ورنیه می‌باشد که درصد چرخش آنرا می‌توان مشخص نمود.

عمدتا وقتی که نمونه‌ها را بوسیله نور پلاریزه مورد تابش قرار دهیم و مشاهده نمائیم تصویر مشابه حالتی است که از نور غیر پلاریزه استفاده می‌شود. اما وقتی که در مقابل آن یک آنالیزور قرار دهیم در آنصورت مشاهده می‌شود که با چرخش آنالیزور در جهات مختلف روشنایی تصویر متفاوت خواهد بود. در حالتی که محور پلاریزاسیون پلاریزور و آنالیزور بر همدیگر عمود باشند، در آن صورت نوری از آن به چشم مشاهده گر نمی‌رسد و در صورتی که دو محور به موازات هم باشند حداکثر نور خارج می‌شود. در این صورت می‌توان تأثیر نمونه در چرخش نور را مشاهده و اندازه گیری نمود. در حالتی که محور پلاریزاسیون پلاریزور و آنالیزور بر همدیگر عمود باشند کلیه نورهایی که مستیقما از پلاریزور به آنالیزور می‌رسند متوقف می‌شوند و از آن خارج نمی‌شوند و تنها آن بخش از نورهایی که بوسیله نمونه خارج و تغییر جهت داده می‌شود بوسیله آنالیزور عبور داده می‌شود و می‌توان بنابراین تأثیر نمونه را بر روی نور پلاریزه عبوری مطالعه نمود.

عدسیهای مختلفی که در ساختمان میکروسکوپهای پلاریزان مورد استفاده قرار می‌گیرد بایستی بدون هیچگونه رگه باشد و علاوه بر آن نبایستی خود دارای اثر پلاریزه کنندگی باشند. در صورتی که از میکروسکوپهای معمولی بخواهیم برای بررسی خواص کندانسور استفاده نماییم باید آن را آزمایش نمود که این اشکالات در آنها وجود نداشته باشد. وجود زاویه در هر یک از عدسیها خود می‌تواند موجب اثر پلاریزه کنندگی نور شود و بنابراین برای مطالعه نمونه‌هایی که خاصیت پلاریزه کنندگی آنها کم است بهتر است روزنه نور را تا حد ممکن کم نمود تا تأثیر زاویه دار بودن کمتر شود.

وسایل ملحقات یک میکروسکوپ پلاریزان
با اضافه کردن وسایل لازمه به یک میکروسکوپ به گونه‌ای که بتوان در آن از نور پلاریزه استفاده نمود اطلاعات مفیدی از نمونه‌ها می‌توان بدست آورد. در حالت بسیار ساده می‌توان با افزودن یک صفحه ساده پلاریزور و یک صفحه آنالیزر که بشود آنها را چرخاند می‌تواند این کار انجام شود. لیکن در اندازه گیریهای دقیق و مواقعی که اندازه گیری مقداری مورد نیاز باشد بایستی از میکروسکوپ پلاریزان استفاده شود. تجهیزات اضافی یک میکروسکوپ پلاریزان را می‌توان بطور مختصر بصورت زیر برشمرد:

۱٫ پلاریزور و آنالیزور که بتوانند به داخل و یا خارج محلهای مربوطه منتقل شوند و همچنین حول محور قائم بچرخند و در ضمن جهت آنها نیز نسبت به همدیگر قابل تعیین باشد.
۲٫ خطوط متقاطع که بر روی چشمی نصب شوند بگونه‌ای که بتواند پس از نصب و تنظیم ثابت شوند و از چرخش آن جلوگیری نماید. خارهایی که بتوان خطوط را بطور ثابت بطرف شمال – جنوب ، شرق – غرب یا در زاویه ۴۵ درجه نسبت به این جهتها قرار دهد.
۳٫ پایه نگه دارنده نمونه (machanical stage) که بتوان آنرا به تدریج بوسیله یک ورنیه چرخاند.
۴٫ وسیله مناسب برای چرخاندن و یا انتقال پایه (stage) و هم محور کردن با محور اپتیکی.
۵٫ شیارهایی در بدنه جهت وارد کردن جبران کننده. جبران کننده‌ها در زیر پلاریزر در شکاف مخصوص خود قرار می‌گیرند. این وسایل جهت جبران تأخیر فاز نمونه‌های بلورین ناشناخته بکار می‌روند.
۶٫ یکم مرحله کندانسور در بالای پلاریزور
۷٫ یک عدسی برتراند و دیافراگم برزای امتحان و بررسی نوارهای تداخلی.

وسائل اضافی که جهت جبران تأخیر فاز بکار می‌روند عبارتند از: الف) گوه بسیار نازکی از کوارتز: این گوه به گونه‌ای بریده می‌شود که محور اپتیکی آن موازی خط الرأس گوه باشد. معمولا این گوه را بر روی یک تیغه کوارتز به گونه‌ای می‌چسبانند که محور اپتیکی آن با محرو اپتیکی گوه عمود باشند. در یک نقطه ضخامت گوه صفر است و لذا تأخیر فازی وجود ندارد و لیکن در نقاط دیگر بخاطر آنکه ضخامت صفر نیست تأخیر فاز وجود دارد. در عمل موقع آزمایش بایستی محور اپتیکی نمونه و محور اپتیکی گوه بر هم عمود باشند به گونه‌ای که تأخیر فاز نمونه بوسیله گوه جبران شود. این عمل موجب آن می‌شود که موقعی که آنالیزور و پلاریزور بر هم عمود عستند تاریک شوند. در این حالت اختلاف فاز ایجاد شده بوسیله گوه درست برابر و در جهت خلاف نمونه می‌باشد از این طریق می‌توان اختلاف فاز نمونه را تعیین نمود.
ب) تیغه ربع موج: این تیغه دارای ضخامتی برابر با یک ربع طول موج می‌باشد. بنابراین در اثر عبور نور از این تیغه فاز موج عقب خواهد افتاد. این تیغه از جنس بلور میکا می‌باشد. با استفاده از این تیغه و تغییر نقش تداخلی حاصل شده نوع بلور بدست می‌آید. این تیغه همراه با تیغه ربع موج دیگری که در بالای پلاریزور قرار می‌گیرد بکار می‌رود.

ج) تیغه حساس به رنگ نور: این تیغه از تیغه نازک کوارتز درست شده است و دارای سطح صاف می‌باشد. ضخامت تیغه معادل با تمام موج می‌باشد. این بلور را بین دو لامل می‌چسبانند. ویژگی این تیغه آن است که تأخیر فازهای کوچک حاصله شده در اثر نور عبوری از نمونه را به تغییرات رنگی که چشم حساس به آن است تبدیل می‌نماید. تغییر رنگ حاصله معرف نمونه می‌باشد. این تیغه برای رنگ سبز تمام موج می‌باشد یعنی تأخیر فازی حاصل نمی‌شود. برای نور قرمز اندکی تأخیر فاز و برای نور آبی تأخیر فاز بیشتر ایجاد خواهد نمود. تأخیر کوچک در تغییر فاز موجب تغییر سریع رنگ می‌شود.

د) پلاتین یونیورسال: معمولا محورهای اپتیکی نمونه‌های مورد مطالعه نسبت به سطح نمونه بصورت اتفاقی می‌باشند و لذا تنظیم مناسب موقعیت و زاویه آن نسبت به سطح افق جهت یافتن محورهای اپتیکی از طریق ایجاد و مشاهده نوارهای تداخلی بایستی بطور دقیق انجام شود. برای این منظور از پلاتین یونیورسال استفاده می‌شود. با استفاده از این وسیله می‌توان ضریب شکست را در جهات مختلف نمونه مربوط به پرتوهای عادی و غیر عادی تعیین نمود. پلاتین یونیورسال بطور مناسب مدرج شده است به گونه‌ای که می‌توان جهت قرار گرفتن نمونه را از روی درجات مشخص نمود و از این طریق محورهای اپتیکی را تعیین نمود.

مشاهده بوسیله نور پلاریزه
وضعیتهای مختلفی را که در مطالعه با میکروسکوپ پلاریزان می‌توان مشاهده نمود: وقتی که محور دو صفحه پلاریزور و آنالیزور موازی یا عمود بر یکدیگر می باشند. وقتی که نور از چشمه خارج و به پلاریزور برخورد نماید نور خارج شده از آن نور پلاریزه و به موازات محور پلاریزاسیون پلاریزور می‌باشد. در حالتی که آنالیزور به گونه‌ای باشد که محور پلاریزاسیون آن به موازات محور پلاریزاسیون صفحه پلاریزر باشد نور خارج شده از پلاریزور بدون تغییر از آن عبور نموده و به چشم می‌رسد. در صورتی که دو صفحه محور پلاریزاسیونشان عمود بر همدیگر باشند نور خارج شده از پلاریزور نمی‌تواند از آنالیزور خارج و بوسیله آن جذب می‌شود، در آن صورت نوری به چشم نمی‌رسد. وضعیت اولی وضعیت موازی دو صفحه پلاریزور و آنالیزور است و وضعیت دومی وضعیت متقاطع محورهای پلاریزاسیون دو صفحه پلاریزور و آنالیزور است. این آزمایش را می‌توان در میکروسکوپ پلاریزاسیون با چزخش آنالیزور انجام داد. در هر چرخش کامل ۳۶۰ درجه‌ای دو مرتبه روشنایی ماکزیمم و دو مرتبه روشنایی مینیمم می‌شود. در حالت زاویه ۹۰ درجه نسبت به یکدیگر نور رسیده به چشم قطع می‌شود و در صفر درجه و ۱۸۰ درجه روشنایی ماکزیمم می‌شود.

تشخیص فشار