Un microscope polarisant repose sur le principe que la lumière a un mouvement ondulatoire régulier et que le cycle de deux rayons peut être déplacé - tourné ou déphasé - l'un par rapport à l'autre.
Un microscope à lumière normale est adapté avec deux filtres polarisants en séquence avant et après l'étape de l'échantillon dans le trajet de la lumière. Par conséquent, la lumière polarisée en phase traverse l'échantillon. S'il existe une régularité dans l'ordre des molécules autour de la longueur d'onde de la lumière, le faisceau incident est déphasé par rapport à la lumière qui ne passe pas par la même structure. La propriété des structures de modifier la phase de la lumière polarisée est appelée biréfingence. Elle se produit avec diverses structures cristallines et certaines fibres.
Le filtre polarisant le plus proche de l'objectif et de l'œil est tourné pour révéler la direction de la biréfringence. Les molécules biréfringentes apparaissent relativement claires ou foncées par rapport à leur environnement.
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