一、预习内容
1.显微镜的基本部件及功能;
2.显微镜的调试与校正。
二、实验要求
1.熟悉偏光显微镜的结构;
2.掌握偏光显微镜的使用方法。
三、实验内容和步骤
偏光显微镜是学习岩石学和矿物学必不可少的仪器设备，如图1－1所示。
(一)装卸目镜和物镜
将目镜(10倍或5倍)对准目镜孔，轻轻插入镜筒上端，调整目镜间的距离使之与自己双眼间的距离相当。此时通过目镜看向视域，轻轻旋转以调整目镜中的十字丝方向，使之呈东西、南北方向。
物镜分为两种类型———弹性夹型和转盘型，本实验室所使用的偏光显微镜之物镜为转盘型。安装时从镜头盒取出物镜放置在转换器上旋紧。将物镜装好后，打开锁光圈，目视镜筒内，转动反光镜使之对准光源，直至视域最明亮为止。
装卸物镜需将物台下降(或将镜筒提升)到一定高度，以免碰坏镜头。在整个装卸过程中，目镜或物镜都应轻拿轻放，切忌用手触摸镜头。
(二)调节照明(对光)
检查电源连接情况，将电压调节至最低，打开电源开关，并去掉上偏光镜，调节电压旋钮使电压升高，直至亮度合适为止。
图1－1 XP－213型透射偏光显微镜
光线强度太大或太小都易使眼睛疲劳，故应根据薄片(如透明度)和偏光系统等适当调节照明亮度。调节装置主要有两个:光源开关和锁光圈，前者控制光强，后者控制进光量。
(三)调节焦距(准焦)
调节焦距是为了使薄片中的物像清晰可见。“调节焦距”或“准焦”是一种习惯性的说法，实际上是调节物距，即调节物镜与薄片中矿物之间的距离，使物镜成的矿物实像位于目镜一倍焦距之内的合适位置上，以便通过目镜可以看到清晰的、放大的矿物虚像。准焦的步骤如下:
1.放置薄片
完成装卸镜头及调节照明之后，将欲测矿片置于物台中心，并用物台上的一对弹簧夹把矿片固定好，使薄片的盖玻璃朝上，否则不能准焦，特别是使用高倍物镜时应尤其注意。
2.低倍物镜的准焦
将低倍物镜旋至工作范围，从镜头侧面观察(视线基本与物镜同一高度)，转动粗动调焦螺旋，使镜筒下端的物镜与物台上的薄片比较靠近为止。从目镜中观察，转动粗动调焦螺旋，使镜筒下降或使物台上升至视域内物像基本清楚，再转动微动调焦螺旋，直至视域内物像完全清晰为止。
准焦以后，物镜前端与薄片平面之间的距离称工作距离。工作距离的长短与物镜的放大倍率有关。一般说来，物镜的放大倍率愈小，工作距离愈长，物镜的放大倍率愈大，工作距离愈短。在显微镜的说明书中可以查到不同放大倍率物镜的工作距离。
3.中倍物镜的准焦
从低倍物镜的准焦位旋上中倍物镜，一般应在准焦位附近，调节物台或镜筒升降螺旋(一般只要调节微动螺旋)，直到物像完全清晰为止。
4.高倍物镜的准焦
在中倍物镜的准焦位上旋上高倍物镜(旋上前要检查盖玻片是否朝上)，一般应在准焦位附近。调节微动螺旋，直到物像完全清晰为止。
使用高倍物镜调节焦距时，绝不能眼睛看着镜筒内而下降镜筒或上升物台。因为这样很容易使物镜与薄片相碰，不仅压碎薄片而且易损坏物镜。因为高倍物镜的工作距离很短，准焦后物镜几乎与薄片平面接触。如果薄片上的盖玻璃向下放时，根本不能准焦，而且最容易压碎薄片及损坏物镜。初学者最好先使用低倍或中倍物镜准焦后，再换用高倍物镜准焦。
(四)校正中心
在偏光显微镜的光学系统中，物台的旋转轴、物镜中轴及目镜中轴应当严格在一条直线上。此时，转动物台，视域中心(即目镜十字丝交点)的物像不动(图1－2A)，其余物像绕视域中心做圆周运动。如果它们不在一条直线上，当转动物台时，视域中心的物像将离开原来的位置，连同其他部分的物像绕另一中心旋转(图1－2B，1－3B)。这个中心点(o)代表物台的旋转轴出露点位置。在这种情况下，不仅可能把视域内的某些物像转出视域之外(图1－2C，1－3C)妨碍观察，而且影响某些光学数据的测定精度。特别是使用高倍物镜时，根本无法观察。因此，必须进行校正，使目镜中轴、物镜中轴与物台旋转轴一致。
当焦距对好之后，常出现以下三种情况:
a.目镜中轴、物台旋转轴和物镜中轴在一条直线上(图1－2A);
b.三者不在一条直线上，但在视域范围内可看到旋转中心(图1－2B);
c.三者不在一条直线上，且在视域范围内看不到旋转中心(图1－2C)。
当出现b，c两种情形时，需要进行中心校正。在偏光显微镜的光学系统中，目镜中轴是固定的，部分显微镜的物台也是固定的，只能校正物镜中轴，有些显微镜的物台也能校正。校正物镜中轴是借助于安装在物镜上或物镜旋转盘上的两个定心校正螺丝来进行的。
图1－2 旋转物台时质点绕视域之内的某点做圆周运动示意图
在校正中心之前，必须首先检查物镜是否安装在正确的位置上。如果物镜没有安装在正确位置上，不仅不能校正好中心，而且容易损坏定心校正螺丝。如果发现定心校正螺丝扭动困难或扭不动时，切勿强行扭动，应立即检查原因，并与实验室管理人员或指导老师联系。
物镜出露点在视域之内的校正，如图1－3所示。具体步骤为:①检查物镜是否装好;②选一质点a，并移至视域中心(图1－3A);③使该质点做圆周运动，找出质点做圆周运动的圆心点o(图1－3B);④旋转物台180°，使a点由十字丝交点移至a'处(图1－3C);⑤在物镜上部插入校正螺丝，将十字中心移至圆心o处(图1－3D);⑥移动薄片，使质点a从o点移到十字丝中心(图1－3E，F)。
对于那些质点旋转中心不在视域内的校正，则其步骤为:①当质点旋转中心距视域中心偏离很远时，转动物台，质点将由十字丝交点移至视域之外(图1－4);②根据质点移动情况，估计偏心圆圆心o点在视域外的位置及偏心圆半径长短，将质点转回十字丝交点;③扭动物镜上的定心校正螺丝，使质点由十字丝交点，向偏心圆圆心o点相反方向移动大约相当于偏心圆半径的距离(图1－4);④再移动薄片，使质点回移至十字丝交点处，转动物台，该质点可能在视域内呈小圆圈移动，此时可按上述中心偏离较小的方法进行校正;⑤如果中心仍偏离较大，质点仍移出视域之外，再按偏心大的方法校正;⑥经过3～4次校正之后，中心仍然偏离较大，则应检查原因或报告指导老师。
图1－3 物镜出露点在视域内时物镜中心的校正步骤(据李德惠，1997)
图1－4 质点旋转中心不在视域内时物镜中心的校正
(五)视域直径的测定
1.中、低倍物镜可用透明直尺直接测量
由于在中低倍物镜下观察颗粒的直径大小约在2～4.7mm，利用透明直尺可以直接观察颗粒在视域中的直径(图1－5)。具体方法是下降物台至最低，将透明直尺放置在物台的中心，上升物台至最高，然后从目镜观察并下降物台，直至刻度成像清晰为止。观察视域直径的长度值，记录该数值备以后查用。
2.高倍镜可用物台微尺测量
在利用高倍物镜时视域直径约为0.7mm，利用直尺不能测定，只能利用物台微尺(图1－6)来测定。微尺长1mm，刻有100个小格，每小格0.01mm。测量时将物台微尺置于物台中心，对准焦点，观察视域直径相当于物台微尺的多少小格。若为70格，则视域直径等于70×0.01=0.7mm。
(六)偏光镜的校正
在偏光显微镜的光学系统中，下、上偏光镜振动方向应当正交，下偏光镜振动方向PP应平行于东西方向，上偏光镜振动方向AA应平行于南北方向，且分别与目镜十字丝平行。否则，需进行校正，校正方法如下。
1.确定下偏光的振动方向
使用中倍物镜准焦后，在岩石薄片中找一个具极完全解理缝的黑云母置于视域中心。转动物台，使黑云母的颜色变得最深为止。此时，黑云母解理缝方向代表下偏光镜振动方向(因为光波沿黑云母解理缝方向振动时，吸收最强，颜色最深)。如果黑云母解理缝方向与目镜十字丝的横丝(东西方向)平行，则下偏光镜位置正确，不需要校正。如果不平行(图1－7A)，转动物台，使黑云母解理缝方向与目镜十字丝的横丝平行，旋转下偏光镜，至黑云母的颜色变得最深为止。此时下偏光镜振动方向位于东西方向(图1－7B)。
图1－5 中、低倍物镜可用透明直尺直接测量
图1－6 高倍镜测量使用的物台微尺
图1－7 下偏光镜振动方向的校正(据李德惠，1997)
2.检查上、下偏光镜振动方向是否正交
使用中倍物镜，调节照明使视域最亮。推入上偏光镜，如果视域黑暗，证明上、下偏光镜振动方向正交。若视域不黑暗，说明上、下偏光镜振动方向不正交。如果下偏光镜振动方向已经校正至东西方向，则需要校正上偏光镜振动方向。转动上偏光镜至视域黑暗为止(相对黑暗)。如果显微镜中的上偏光镜不能转动，则需要作专门修理。
经过上述校正之后，目镜十字丝应当严格与上、下偏光镜振动方向一致。但有些显微镜的目镜没有定位螺丝，使用过程中或更换目镜时，可能使目镜十字丝位置改变，因此，需要校正目镜十字丝的位置。
3.检查目镜十字丝是否严格与上、下偏光镜振动方向一致
图1－8 目镜十字丝的检查示意图
在偏光显微镜的光学系统中，上、下偏光镜振动方向应当正交，而且是东西、南北方向(图1－8)分别与目镜十字丝横、纵丝平行。如果十字丝不正交，则选择具有直边的矿物薄片进行检查，具体步骤如下:
a.选择具有直边的矿物颗粒置于视域中心，转动物台使矿物的直边平行于目镜十字丝的纵丝，记录物台读数m;
b.转动物台，使矿物直边与目镜十字丝横丝平行，记录物台读数n;
c.计算m－n的数值，如果结果为90°，则十字丝正交，否则斜交，需作专门修理。
(七)偏光显微镜的使用和保养
偏光显微镜是精密而贵重的仪器，又是教学和科研工作中必不可少的常用仪器，如有损坏，将会直接影响到教学和科研工作。因此，应经常对偏光显微镜进行保养和维护，使用过程中应自觉的遵守以下的操作规程。
(1)使用前应进行仔细地检查。
(2)要对座固定位置使用偏光显微镜，最好不要随意搬动显微镜设备，如确实需要改动或搬动显微镜时，动作一定要轻，严防震动，以免损坏光学系统。在移动显微镜的过程中，应以右手握镜臂，左手托住偏光显微镜底座。
(3)显微镜所有镜头一般均经过校验，不得随意自行拆开;镜头必须随时保持清洁，如有尘土，需用笔刷或者镜头纸轻轻将灰尘清除，切勿用手或者其他物品擦拭，以防止损坏显微镜镜头。
(4)显微镜镜头及其他附件，均需放置于原附件盒中，并将各自在指定位置放好，严防坠地，附件盒用完后放回原处。
(5)切勿随便自行拆卸显微镜，或将附件任意调换使用。
(6)薄片置于物台上时，其盖玻片必须向上，而且用弹簧夹夹紧。
(7)用高倍物镜调焦时，需用眼睛在旁一边留意观察，切忌薄片被压碎或者损坏镜头。
(8)更换物镜时，一定要用手握住转盘转动，切忌用手直接握住物镜转动，以免物镜发生松动。
(9)使用上偏光镜及勃氏镜，在推送时切忌用力过猛，以免震坏。
(10)仪器损坏或者调节失灵时，应及时与管理人员联系，切勿强力扭动或者擅自处理。
(11)偏光显微镜操作使用完毕，需将上偏光镜及勃氏镜推入，转动粗动手轮将物镜提起，镜筒上留一个目镜，关闭电源并罩上仪器罩。
(八)岩石薄片的磨制
在偏光显微镜下研究岩石和矿物，需要将其磨制成薄片进行观察。用切面机从岩石标本上切下一小岩块(定向或不定向)。先把一面磨平，用加拿大树胶把这一平面粘在载玻璃片上(其大小为25mm×50mm，厚约1mm)。再磨另一面，磨至厚度0.03mm为止。用加拿大树胶把盖玻片粘在它的表面(盖玻片大小为15mm×15mm～20mm×20mm，厚度0.1～0.2mm)。
图1－9 薄片磨制示意图
因此，岩石薄片是由薄的矿片、载玻片和盖玻片组成的(图1－9)。矿片的顶、底部都涂有薄的加拿大树胶。为了某种需要，如观察长石的解理缝、薄片染色等，对某些薄片可以不加盖薄片。在磨制疏松岩石标本薄片时，需先浸在加拿大树胶中煮过以后再切制成薄片。要求矿片厚度0.03mm，载玻片厚度为1mm，盖玻片厚度0.1mm。
需要说明的是，在磨制薄片时使用金刚砂，无论金刚砂多细，矿片表面总会因磨划而留下沟痕(显微沟痕)。因此，矿片表面并不是绝对光滑的。
晶体光学实验教程