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Qu'est-ce qu'un microscope polarisant ?

Un microscope polarisant est un microscope qui observe sélectivement la lumière polarisée.

Les microscopes optiques utilisés dans les expériences scientifiques observent toute la lumière réfléchie par un matériau à travers un oculaire. La lumière est une onde dans laquelle les champs électriques et magnétiques oscillent dans une direction perpendiculaire à la direction de déplacement. La lumière dont la direction d'oscillation du champ électrique est régulière est appelée lumière polarisée. Les microscopes polarisants observent la lumière polarisée oscillant dans une direction spécifique réfléchie par un matériau.

Une lumière polarisée linéairement est projetée sur la substance. Les changements de l'état de polarisation sont observables sous forme de couleur ou de lumière/obscurité. Lorsque la lumière polarisée est sélectionnée et observée au microscope, il est possible d'identifier l'état et les composants d'une substance.

Utilisations de la microscopie polarisante

La microscopie polarisante était à l'origine utilisée pour déterminer l'état et la composition des minéraux mais elle est aujourd'hui également employée dans le développement des polymères et de la biotechnologie. Les changements d'état de polarisation reflètent l'orientation moléculaire et la structure cristalline, ce qui permet d'évaluer la structure interne des polymères. En outre, en combinaison avec un équipement de contrôle de la température, il est possible d'observer le comportement de transition de phase.

Les cristaux liquides constituent l'une des principales découvertes réalisées à l'aide de la microscopie polarisante. Les cristaux liquides, certes liquides mais avec un arrangement moléculaire similaire à celui des solides, ont été identifiés pour la première fois avec un microscope polarisant. Cela a conduit au développement des téléviseurs à cristaux liquides et autres produits.

En outre, de nombreuses substances biologiques et autres matériaux ont un état et une structure moléculaire équivalents à ceux des cristaux liquides. La microscopie à lumière polarisée devrait continuer à jouer un rôle actif dans les domaines médical et pharmaceutique.

Principe des microscopes polarisants

Les microscopes polarisants utilisent des filtres pour sélectionner la polarisation de la lumière, ce qui produit des images de microscope optique qui reflètent les propriétés optiques de l'échantillon.

1. Structure d'un microscope polarisant

Un microscope optique ordinaire se compose d'une source lumineuse, d'une platine porte-échantillon et d'un objectif. La lumière émise par la source lumineuse frappe le matériau, qui pénètre dans l'objectif et peut être observé à travers l'oculaire. Le principe d'un microscope polarisant est fondamentalement le même que celui d'un microscope optique, à ceci près qu'un polariseur est placé entre la source lumineuse et l'échantillon. Par ailleurs, deux plaques polarisantes, appelées analyseur, sont placées entre la lentille de l'objectif et l'oculaire.

La lumière émise par la source lumineuse est une lumière naturelle, identique à la lumière fluorescente, qui s'étend dans toutes les directions. En transmettant cette lumière à travers le polariseur, elle est convertie en lumière polarisée et projetée sur la substance à observer. La lumière polarisée, dont la direction est modifiée lorsqu'elle traverse la substance, passe à travers un analyseur dans une disposition en croix perpendiculaire au polariseur et peut être observée.

2. Images provenant d'un microscope polarisant

Lorsqu'un échantillon dont l'indice de réfraction n'est pas anisotrope est observé à l'aide d'un microscope polarisant, l'état de polarisation de la lumière polarisée linéairement émise par le polariseur ne change pas et ne peut passer à travers l'analyseur. De la sorte, le champ de vision lorsqu'il est observé à travers l'oculaire est sombre.

Lors de l'observation d'un échantillon dont l'indice de réfraction diffère selon la direction de polarisation, si la direction d'oscillation de la lumière incidente polarisée linéairement coïncide avec l'axe optique de l'échantillon, l'état de polarisation de la lumière incidente ne change pas et le champ de vision est sombre. En revanche, lorsque la direction d'oscillation de la lumière incidente est différente de l'axe optique de l'échantillon, la lumière incidente est divisée en deux composantes de polarisation en raison de la biréfringence de l'échantillon. La composante composite est alors différente de l'état de polarisation avant la transmission de l'échantillon. Le changement d'état de polarisation fait passer la lumière à travers l'analyseur, ce qui donne un champ de vision lumineux.

Les images de microscopes polarisants apparaissent colorées en raison de la différence de trajet optique entre les deux composantes de la lumière due à la biréfringence de l'échantillon. Avec un microscope polarisant, la platine sur laquelle est placé le matériau peut être tournée de 360° afin de modifier l'angle de la lumière polarisée par rapport à l'axe optique de l'échantillon.

Autres informations sur les microscopes polarisants

Utilisations de la microscopie polarisante

La microscopie polarisante est une technique qui peut être utilisée en combinaison avec d'autres méthodes de mesure optique car elle permet d'examiner les domaines cristallins et même leur orientation.

1. Mesures de fluorescence
La microscopie à lumière polarisée peut être utilisée en combinaison avec des mesures de fluorescence. Les mesures de fluorescence normales sont des informations d'ensemble provenant de différentes positions et orientations des domaines cristallins. Cependant, comme les propriétés optiques changent en fonction de l'orientation des domaines cristallins, la microscopie polarisante, qui peut identifier l'orientation du cristal, entre en jeu. Les microscopes polarisants permettent d'observer l'émission d'informations de polarisation dans une direction spécifique en injectant un laser avec une direction de polarisation spécifique dans la lumière incidente.

2. Mesures résolues dans le temps
La microscopie polarisante peut également être combinée avec la spectroscopie résolue dans le temps. La spectroscopie normale résolue en temps est un ensemble d'informations provenant de différentes positions et orientations des domaines cristallins. En revanche, la microscopie à lumière polarisée permet des mesures spectroscopiques résolues en temps de l'absorption et de l'émission en déterminant l'orientation et la position des domaines cristallins.