微分干涉显微镜是一种特殊形式的干涉显微镜。通常被观察物体内各点的折射率不同,光通过时造成光程差的不同。微分干涉显微镜是通过在正交的偏光镜之间,放置一个微分干涉棱镜(诺玛斯基棱镜)及其滑行器把极微小的光程差转变为振幅(光强度)的变化,从而可观察到物体内或表面的微细结构。诺玛斯基棱镜可将一束光分解成偏振方向不同的二束光二者成一小夹角,在穿过物体相邻的区域后,由于物体表面的高度和折射率不同,引起了两束光发生了光程差。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。调节微分干涉滑行器可使样品的细微结构呈正或负的投影形象,造成人为的三维立体感。
微分干涉显微镜外形上与材料学领域常用的金相显微镜类似。大多数金相显微镜可配备微分干涉部件来进行微分干涉观察。
一、在珠宝鉴定研究中的应用
微分干涉观察是一种将样品高度和折射率的微小差异通过微分干涉对比变成人为的具三维立体感图像的显微观察技术。被观察样品无需作任何处理。用微分干涉法观察样品,会看到明场下所看不到的许多细节,明场下难于判别的一些结构细节或缺陷,如凹凸、裂隙、孔洞等可通过微分干涉进行反差增强而容易判断。它对于具光滑表面珠宝材料的微细结构,特别是观察与观察面相垂直方向存在的微细差异时很有效。主要应用大致以下几个方面:
1.观察天然和合成珠宝表面生长、溶蚀的微观形貌特征
天然和人工晶体的晶体表面有反应其生长条件、生长历史、以及生长后所经受的各种地质或人工处理变化的特征。高精度地观察和解读这些特征,特别是微细特征的差异对于鉴定一些宝石材料中的净度特征很有帮助。例如微分干涉差显微镜观察对区分切磨钻石桌面上见到的腐蚀管状坑和激光钻孔非常有效。腐蚀管状坑为种深形腐蚀坑呈管状或线状自晶体表面一直延伸至晶体内部深处,它是天然腐蚀作用所致。钻孔的直径通常大于几个微宝石显微镜下比较容易观察到,但晕轮和激光灼伤痕迹和斑纹在微分干涉显微镜下更清楚。
2.找出切磨宝石表面覆膜、染色等处理特征
近年来珠宝材料表面镀膜、染色等改色增色技术不断发展,一些高科技技术局部或选择性应用到珠宝商品的某些部位。如钻石的新型含纳米粒子二氧化硅复合膜,镀膜者通过选择不同种类的来得到想要的颜色。相对多见的镀膜颜色主要为粉红色、紫色和蓝色,主要覆盖于切磨钻石的其他切磨宝石表面或局部区域也见各式各样的新型覆膜(如坦桑石表面的蓝色镀膜、托帕石、水晶等的高科技镀膜等)。对于这类镀膜,有经验的宝石鉴定人员在特定的照明条件下也能观察到表面镀膜的痕迹,但在微分干涉显微镜下鉴别有镀膜存在的特征,诸如划痕、白点、污点、薄膜脱落区域等能简单且清晰地被观察到。
3.观察切磨宝石各类表面脉理、人工印记、及其他表面特征
切磨宝石的表面常观察到各式各样的表面脉理。有些表面脉理反应了晶体内部生长或变形特征,如天然钻石生长的八面体履带构造和生长后受塑形变形而产生的滑移线等。仔细观察这些表面脉理特征有利于解读晶体生长条件和历史。人工印记是近年来现代高科技技术应用到珠宝商品上的另一种典型例子。超高能源对宝石的表面进行烧蚀、刻蚀产生各式人工印记。其印记的细微特征以及与表面其他微细结构如表面脉理等的关系可通过在微分干涉显微镜下的详细观察获得和解读。切磨过程中在宝石表面留下的各式诸如抛光纹类的微细特征也能够清晰地观察到。
