Nomarski-Prisma

Ein Nomarski-Prisma ist ein doppelbrechendes optisches Element, das in der Differenzkontrast-Mikroskopie (DIC) eingesetzt wird, um unpolarisiertes Licht in zwei orthogonale Polarisationszustände mit räumlichem Versatz aufzuspalten. Es ist eine Variante des Wollaston-Prismas und besteht aus zwei verkitteten Calcit- oder Quarz-Keilen, die in einem bestimmten Winkel zur optischen Achse geschnitten sind. Wenn Licht hindurchtritt, entstehen zwei kohärente Strahlen, die um wenige Mikrometer räumlich versetzt sind, aber in die gleiche Richtung laufen.

Das Gerät ist nach Nomarski benannt, der das Design in den 1950er-Jahren für Mikroskopie-Anwendungen verfeinerte. Im Gegensatz zu einem Standard-Wollaston-Prisma, das eine größere Strahlentrennung für die Polarimetrie erzeugt, erzielt die Nomarski-Anordnung einen viel kleineren Scherungsabstand, typischerweise 0,1 bis 1 Mikrometer abhängig vom Prisma-Schnitt und der Wellenlänge. Dieser enge Abstand ist für DIC unverzichtbar, da die beiden Strahlen nach dem Durchgang durch das Präparat wieder zusammenlaufen und interferieren, um Kontrast aus minimalen optischen Wegunterschieden zu erzeugen.

Nomarski-Prismen sind empfindlich gegen Temperatur und mechanische Belastung, da ihre Doppelbrechung vom Brechungsindex abhängt, der sich mit thermischen Schwankungen verschiebt. Hochwertige Ausführungen verwenden verkittete Designs mit aufeinander abgestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten, um Drift im Betriebsbereich zu minimieren. Das Prisma muss präzise zur Apertur des Mikroskopierkondensors und zum Analysator ausgerichtet sein; bereits eine Fehlausrichtung von wenigen Grad vermindert den Bildkontrast. Manche Systeme enthalten einen Kompensator oder eine Verzögerungsplatte zur Feineinstellung der relativen Phase der beiden interferierenden Strahlen.

Einsatz in der Mikroskopie und darüber hinaus

In der Durchlicht-Mikroskopie sitzt das Nomarski-Prisma zwischen Lichtquelle und Kondensor oder zwischen Präparat und Objektiv, je nach optischem Aufbau. Es ermöglicht die Darstellung ungefärbter, transparenter biologischer Strukturen und dünner Schichten mit scharfem Kontrast und ausgezeichneter optischer Schnittbildung. Das macht es für die Echtzell-Bildgebung wertvoll, bei der Fluoreszenz oder Färbung störend wäre. Das Verfahren funktioniert auch in der Materialwissenschaft beim Prüfen dünner Beschichtungen, Kristalldefekte und transparenter Kunststoffe.

Die Haupteinschränkung besteht darin, dass DIC am besten mit kohärentem, kollimiertem Licht funktioniert und sorgfältige Präparatvorbereitung erfordert. Dicke oder undurchsichtige Proben streuen Licht übermäßig und zerstören das Interferenzsignal. Nomarski-Prismen können durch mechanische Stöße oder Eintauchen in inkompatible Lösungsmittel beschädigt werden; sie werden üblicherweise trocken gelagert und nur an den Fassflächen angefasst. Ersatzprismen sind teuer und müssen auf die Vergrößerung und den Wellenlängenbereich des Mikroskops abgestimmt sein, daher bedeutet eine Reparatur oft den Rückversand des gesamten optischen Moduls zum Hersteller.