Ein Polarisationsmikroskop beruht auf dem Prinzip, dass Licht eine regelmäßige Wellenbewegung hat und der Zyklus von zwei Strahlen gegeneinander verschoben - gedreht oder phasenverschoben - werden kann.
Ein normales Lichtmikroskop ist mit zwei Polarisationsfiltern ausgestattet, die im Lichtweg vor und hinter dem Probentisch angeordnet sind. Dadurch wird das polarisierte Licht phasengleich durch das Präparat geleitet. Wenn die Moleküle um die Wellenlänge des Lichts herum eine gewisse Regelmäßigkeit aufweisen, wird der einfallende Strahl gegenüber dem Licht, das nicht durch dieselbe Struktur geht, phasenverschoben. Die Eigenschaft von Strukturen, die Phase von polarisiertem Licht zu verändern, wird als Birefingenz bezeichnet. Sie tritt bei verschiedenen kristallinen Strukturen und bestimmten Fasern auf.
Der Polarisationsfilter, der sich in der Nähe der Objektivlinse und des Auges befindet, wird gedreht, um die Richtung der Doppelbrechung sichtbar zu machen. Doppelbrechende Moleküle erscheinen im Vergleich zu ihrer Umgebung relativ hell oder dunkel.
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