偏光显微镜在物理化学中被用于方位角旋转的测定和双折射介质中相位差的测定。而它的最精确的定量应用是在矿物学和岩石学中光轴的准确断定，在双折射基础上晶体的鉴定是岩石学和矿物学中大量的经常的工作。而在生物学和医学中偏光显微镜被广泛应用的可能性是比较小的，部分是因为生物学标本的各向异性比起无机物标本是比较小的。另外，具有多于一个光轴的物质在生物学中也很少发现。

　　在生物体中，不同的纤维蛋白，例如胶原蛋白、弹力纤维(在一定的条件下)、张力纤维和肌肉中的肌原纤维等结构显示出明显的各向异性，它们都具有在长轴上的双折射性。这些蛋白质在应用其他技术测定之前，已经使用偏光显微镜得到了在这些纤维中分子排列的详细情况。同样，用电子显微镜已经看到的神经周围由脂类和蛋白质组成的髓鞘的可变双子膜层结构，现在已用偏光显微镜非常精确地证实了，采用部分交叉的棱镜观察苏木精染色人延髓神经细胞切片时，在常规显微镜下不明显的细胞间神经纤维的双折射髓鞘变得十分明显。
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