(一)偏振光在金屬磨面上的反射
金屬材料按它的晶體結構不同可分各向同性與各向異性。凡屬立方點陣的金屬都具有各向同性的特征，一般情況下對偏振光不起作用；非立方點陣的金屬，如正方晶系，六方晶系，三斜晶系均屬各向異性類，對偏振光極為靈敏。下面討論偏振光在金屬磨面上的反射情況。
1．偏振光在各向異性金屬磨面上的反射
隨晶粒位向的不同，光學性質發生改變。我們用光矢量進行分析：反射光將分別平行或垂直于晶體光軸。如圖1所示，以R表示平行光軸的反射光強度，以S表示垂直光軸的反射光強度。基于各向異性的原則必有R>S(對正光性晶體R>S，而負光性晶體則S>R)。
圖1 偏振光在各同異性金屬表面反射的光矢量分析
當強度為P，偏振方向為PP的偏振光以與光軸成夠角垂直照到晶體表面時，將分成二個相互垂直的分振動Pcosφ和Psinφ，那么它的反射光矢量(強度)就分別變為R?Pcosφ和S.Psinφ，由于R>S，所以R?Pcosφ與S?Psinφ合成后的反射偏振光矢量P，P，不再沿PP方向，而是向R方向轉了一個角度w。振動面轉角叫的大小與夠有關：
當φ=n.π/2時(n為整數)，因有R=0或S=0，所以叫w=0振動面不發生旋轉；
當φ=π/4，π3/4，π5/4，π7/4時，振動面的轉動。振動面的轉動在偏光觀察中將有什么效果呢?當起偏鏡與檢偏鏡成正交位置時，由于振動面發生旋轉，使反射偏振光與檢偏鏡改變正交位置，部分光線就能通過檢偏鏡。振動面旋轉愈大，通過的光線就愈多。
當φ=π/4,π3/4,5/4π,π7/4時，w，得到的光強；當夠φ=0，π/2，π，π3/2時，w=0，就沒有光線能通過檢偏鏡，觀察到黑暗的消光現象。
轉動載物臺，相當改變振動面與晶體光軸的夾角φ，在360°中觀察到四次明亮四次黑暗。由此可以推想：在正交偏振光下能直接觀察到一個各向異性多晶體磨面的組織，而不需進行化學浸蝕。因為磨面上每個晶粒的光軸各不一致，則φ角大小不等，60的轉動亦不相同，故有晶粒明暗的差別。
2．偏振光在各向同性金屬磨面上的反射
各向同性的金屬，由于各方向光學性質是一致的，用光矢量分析則有R=S，因此不能使反射偏振光的振動面旋轉，在正交偏振光下不能通過檢偏鏡。轉動載物臺(即改變φ角大小)始終只能看到一片黑暗。如果想在偏振光下研究各向同性金屬的組織，需采用改變原光學性質的特殊方法加以補救：如深浸蝕法或表面進行陽極化處理。
(二)偏振光透過各向異性晶體后的反射
偏振光透過各向異性的晶體時，由于這種晶體的折射率橢球的切面為橢圓(僅入射光波平行晶體光軸時除外)，自起偏鏡透出的偏振光射入晶體中必然發生雙折射，產生振動方向分別平行于橢圓長短半軸的兩種偏振光-o光和e光；只有當橢圓長短半軸與起偏鏡振動方向平行時，起偏鏡透出的偏振光才能透過晶體而不發生雙折射，且不改變原來振動方向，顯然，透不過檢偏鏡。現在討論偏振光射入晶體中發生雙折射的情況：首先，發生雙折射分解出的。光和e光遇到晶體與金屬基體介面后將發生反。隨后，o光、e光經反射將在晶體表面合成。因為o光和e光振動方向互相垂直、振動頻率相同，又由于o光、e光傳播速度不等，通過二倍晶體厚度的距離后必有光程差。光程差△L=(ne-no)?2d.d為晶體厚度。
由偏振光的干涉可知：
(1)當△L=λ/2，出射光合成為線偏振光。
(2)當△L=λ/4，入射偏振光振動面與晶體光軸成45°時，出射光合成為圓偏振光。
(3)當△L=λ/4以外的其他值時，出射光合成為橢圓偏振光。實際金屬磨面上晶體厚度不等，如圖2所示，各處的d值不等。故o光、e光經晶體與金屬基體介面反射后于晶體表面出射光的合成為橢圓偏振光。能通過正交位置的檢偏鏡觀察到明亮；只有晶體的折射率橢圓長短半軸與起偏鏡振動方向平行時，光線透不過檢偏鏡，因而視場黑暗。旋轉載物臺一周，有四次平行機會，因而視場將發生四次消光。
圖2
圖3
(三)偏振光下透明物相的特殊光學效應
1. 顯示透明度及色彩
金屬的組成相是不透明的，在偏振光下只能靠金屬磨面的反射規律觀察與鑒別。而另有透明物相在偏振光下易于觀察的原因可由圖2說明：當試樣被線偏振光照明時，從平滑外表面反射的光線仍為線偏振光，不能通過處于正交位置的檢偏鏡，呈現黑暗；但在透明物相處光線既在外表面反射，又在透明物相內折射，折射至透明物相與基體界面處產生不規則的內反射，因而改變了入射光的振動方向，故通過檢偏鏡可觀察到物相的顏色與亮度，一些物相，如鋼或合金中的某些夾雜物是透明的，并有其固有顏色(又稱體色)。后者即屬我們所指的透明物相。下面以夾雜物為例說明其偏振光下的特殊光學效應。
(1)各向同性體在偏振光下觀察到的顏色與暗場下一致，即為白光照明時，透射光所顯示的顏色一體色；
(2)各向異性透明物相在偏振光下觀察的顏色包括體色和表色。體色與不規則內反射有關，表色與磨面反射時發生振動面的旋轉有關。因此，只有在消光位置才能觀察到體色。
2．黑十字效應與等色環
透明球狀夾雜物在正交偏振光下可看到一個有趣的現象——呈現黑十字效應：黑十字由相互垂直的兩條黑帶組成，十字交點位于物象中心。
當一束線偏振光垂直投射在試樣表面時，入射光在球狀透明體與基體界面處發生內反射，由于分界面為半球面，各方向的反射都有，因此仍有一定強度的光可通過正交位置的檢偏鏡。但有兩個方向是例外的，即與振動面平行的入射面及與振動面垂直的入射面，這兩個方位的反射光仍為線偏振光，不能通過正交位置的檢偏鏡。使球狀透明體呈現黑十字特征。
顯然，黑十字的方位是與正交位置的起偏鏡、檢偏鏡振動方向相對應的。此外，正交偏振光下還有一種特殊的光學效應：在夾雜物的象上出現等色同心環。這是夾雜物內外表面反射光之間產生等厚干涉引起的。當利用自然光照明時也會看到同樣現象。
由黑十字效應及同心環的成因可知：這兩種特殊的光學效應只與物相(如夾雜物)是透明的、形狀為球形有關。形狀破壞，效應消失；而與物相是否各向異性無關
