Christian Linkenheld
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Für den DIK muss jeder das Präparat durchsetzende Lichtstrahl in zwei gleichwertige Anteile aufgespalten werden, welche um einen sehr kleinen Betrag lateral versetzt das Präparat passieren. Bei dem 1947 von Smith beschriebenen Prinzip wird diese Aufgabe durch ein so genanntes Wollaston-Prisma übernommen.

Ein Wollaston-Prisma besteht aus zwei miteinander verkitteten doppelbrechenden Teilprismen (z.B. Kalkspat oder Quarz). Die optische Achse des unteren Prismas ist parallel zur Basis des Teilprismas orientiert. Ein lotrecht einfallender Lichtstrahl wird hier in zwei Anteile mit senkrecht zu einander orientierten Schwingungsrichtungen geteilt. Wie wir bereits aus der Polarisationsmikroskopie wissen handelt es sich hierbei um den ordentlichen und außerordentlichen Strahl. Da die optischen Achsen beider Prismen senkrecht zueinander orientiert sind (= "Subtraktionsstellung") wird der ordentliche Strahl des unteren Prismas zum außerordentlichen Strahl des oberen Prismas. An der geneigten Trennfläche erfolgt zudem eine Winkelaufspaltung und somit eine räumliche Trennung beider Teilstrahlen.

Die folgende Darstellung zeigt die Verhältnisse in einem Wollaston-Prisma aus Kalkspat. Kalkspat ist ein negativ doppelbrechendes Material, wodurch der Lichtbrechungsindex des ordentlichen Strahls größer als der des außerordentlichen Strahls ist. Für den ordentlichen Teilstrahl des oberen Prismas vergrößert sich beim Übertritt zwischen den Prismen der Lichtbrechungsindex. Deshalb wird dieser Strahl zum auf der Grenzfläche stehenden Lot hin gebrochen. Analog hierzu wird der außerordentliche Strahl des oberen Teilprismas vom Lot weggebrochen.

 

Das Wollaston-Prisma als Strahlteiler
   

 

Schickt man linear polarisiertes Licht so durch ein Wollastonprisma, dass dessen Schwingungsrichtung zu den beiden Durchlassrichtungen des Prismas einen Winkel von 45° (Diagonalstellung!) bildet, so wird jeder Strahl in zwei Teilstrahlen mit exakt gleicher Amplitude aufgespalten. Ein Wollaston-Prisma ermöglicht deshalb die geforderte Aufspaltung eines Lichtstrahls in zwei gleichwertige Anteile. Diese Anteile erhalten durch den Aufspaltungswinkel auch die notwendige räumliche Trennung und unterscheiden sich lediglich durch ihre senkrecht zueinander orientierten Schwingungsrichtungen.

 

Der Strahlengang im Differentiellen Interferenzkontrast nach Smith
   

 

Neben einem Wollaston-Prisma in der Brennebene des Kondensors benötigt man ein zweites Wollaston-Prisma in der Brennebene des Objektivs. Hier werden die zwei Teilstrahlen wieder räumlich vereinigt und weiter zum Analysator geschickt. Im Analysator erfolgt dann die Interferenz zu einer einzigen linear polarisierten Lichtwelle. Hier gelten wiederum die gleichen Gesetzmäßigkeiten, wie in der Polarisationsmikroskopie:
entsprechend des Gangunterschiedes zwischen ordentlichem und außerordentlichem Strahl entsteht eine ganz bestimmte Interferenzfarbe. Beim DIC resultieren die Gangunterschiede jedoch aus den unterschiedlichen optischen Weglängen direkt benachbarter Präparatdetails und nicht aus der Doppelbrechung im Präparat! Diese unterschiedlichen optischen Weglängen werden ihrerseits durch Schwankungen des Lichtbrechungsindexes im untersuchten Phasenobjekt verursacht.

 

Betrachtet man beispielsweise einen Bereich in einem Frischpräparat, in welchem sich nur Wasser zwischen Deckglas und Objektträger befindet, so legen die Teilstrahlen die gleiche optische Weglänge bis zur Interferenz im Analysator zurück. Unter diesen Bedingungen interferieren die beiden Wellenzüge ohne Gangunterschied zu völliger Dunkelheit (Analysator in Kreuzstellung zum Polarisator!). Das mikroskopische Bild wäre dann sehr dunkel mit einigen Aufhellungen durch das Präparat. Deshalb wäre es günstig, wenn man zwischen beiden Teilstrahlen einen Gangunterschied hinzufügen könnte. Es wäre dann möglich einen optimalen Kontrasteindruck zu erzeugen.

 

Einen Gangunterschied durch horizontale Verschiebung eines Wollaston-Prismas erzeugen
   

 

Verschiebt man ein Wollaston-Prisma (in der Darstellung wiederum aus Kalkspat) in horizontaler Richtung, so lässt sich hierdurch neben der für den DIK erforderlichen Aufspaltung ein Gangunterschied zwischen beiden Teilstrahlen erzeugen. Wenn Sie das Prisma in der Darstellung oben nach ganz links verschieben, so legt der Teilstrahl 2 einen großen Teil seines Weges im Wollaston-Prisma als ordentlicher Strahl mit größerem Lichtbrechungsindex zurück. Er wird deshalb relativ zum Teilstrahl 1, der überwiegend als außerordentlicher Strahl das Wollaston-Prisma durchläuft, gebremst.

 

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06/03/2016