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随着企业检验检测要求越来越高，对设备仪器的需求越来越大，尤其是在微观分析领域，见微知著，微小的金相组织可以反应整个金属材料的宏观力学性能，显微镜和电镜的应用尤为关键。显微镜常用来分析各种材料的微观组织，例如金属材料、无机非金属材料、高分子材料等。同时显微镜还具有不同的观察模式，例如有明场/暗场/偏光等等，下面主要介绍一下微分干涉观察方式和原理。

 

微分干涉原理

 

 

微分干涉DIC是Differential interference contrast（微分干涉相衬的缩写），工作示意图如下：

 

 

原理解释如下：

 

偏振光产生：

光源发出的光经过聚光系统前面的偏振器，使得光线发生线性偏振，变成具有特定振动方向的线偏振光。

光束分解：

线性偏振光进入聚光器中的石英Wollaston棱镜（DIC棱镜），该棱镜将这束光分解成偏振方向不同的两束光，分别记为x光和y光，二者之间形成一个小夹角，并且在初始时两束光的相位是一致的。

光程差产生：

两束光以与显微镜光轴平行的方向传播，穿过标本的相邻区域。由于标本不同部位的厚度和折射率存在差异，这会导致两束光在穿过标本后产生光程差。

光束合并：

在物镜的后焦面处安装有第二个Wollaston棱镜（DIC滑行器），它的作用是把经过标本后产生光程差的两束光x和y合并成一束光，但此时两束光的偏振面仍然相互垂直。

干涉形成：

合并后的光束最后穿过检偏器，检偏器与偏振器的方向成直角。检偏器将两束垂直的光波组合成具有相同偏振面的两束光，从而使二者发生干涉。x和y波的光程差决定着透光的多少，当光程差值为0时，没有光穿过检偏器；光程差值等于波长一半时，穿过的光达到最大值。于是在灰色的背景上，标本结构呈现出亮暗差。为了使影像的反差达到最佳状态，可通过调节DIC滑行器的纵行微调来改变光程差，光程差可改变影像的亮度。调节DIC滑行器可使标本的细微结构呈现出正或负的投影形象，通常是一侧亮，而另一侧暗，这便造成了标本的人为三维立体感，类似大理石上的浮雕。

 

影像调节：

通过调节DIC滑行器的纵行微调，可以改变光程差，从而使影像的反差达到最佳状态，也可使标本的细微结构呈现出正或负的投影形象，通常是一侧亮，而另一侧暗，造成标本的人为三维立体感，类似大理石上的浮雕。

 

微分干涉DIC在材料检测领域中的应用

 

目前在金属材料/生物医疗、半导体显示屏内导电粒子检测等领域，DIC都是一种非常成熟的成像方案器件。以下是一些显微镜DIC成像结果。

 

导电粒子

只有在DIC下才能清晰看到导电粒子的个数和大小尺寸及分布

 

 

 

塑料表面凹坑缺陷：

 

 
 

DIC下可清晰看见表面凹坑缺陷

 

 

 

 

球墨铸铁：

 

DIC下可清晰看见石墨生长纹路

 

 

玻璃表面划痕凹坑缺陷：

DIC下才能清晰看见玻璃表面缺陷和裂纹走势

钢管表面晶粒度

 
 
 

 Ti合金

 

 

结语

 

采用微分干涉相衬法观察样品，在明场下难于判别的一些结构细节或缺陷，可通过微分干涉进行反差增强，继而在分析过程中就更容易判断。现代材料科学技术的发展，要求更为精确的金相组织判别与分析，往往要求对显微组织的形态、数量、分布、大小、面积等参数进行准确的统计分析，如球墨铸铁球化率评级、珠光体(铁素体) 百分含量、第二相粒子几何参数及分布等，都需要对图像进行精确的形状描述和准确的数字计量。

 

但在传统的明场下所采集到的数字图像的质量在很大程度上依赖于样品的制备水平，同时由于不同的物相在明场下所表现出来的灰度层次可能十分相近，对定量金相的结果会造成很大的误差。如果配合微分干涉相衬，将所感兴趣的物相通过干涉染上色彩，就可以进行更加准确的定量金相分析，同时对样品制备的要求也会有所降低。

 

 

微分干涉-DIC显微镜中的应用

2025-09-17 10:20
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