Principi optične mikroskopije v bližnjem polju
Traditional optical microscopes are composed of optical lenses that can magnify objects to thousands of times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely because it will encounter the obstacle of the diffraction limit of light waves. Traditional optics The resolution of a microscope cannot exceed half the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as a light source, it can only distinguish two objects that are 200nm apart. In practical applications, λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are performed far away from the object (>>λ).
Optični mikroskopi bližnjega polja, ki temeljijo na načelih zaznavanja in slikanja brez sevalnih polj, lahko presežejo uklonsko mejo običajnih optičnih mikroskopov in izvajajo optično slikanje v nanometru in spektralne raziskave v nanometru pri ultra visoki optični ločljivosti.
Optični mikroskopi bližnjega polja so sestavljeni iz sond, naprav za prenos signala, nadzora skeniranja, obdelave signala in sistemov za povratne informacije o signalu. Načelo ustvarjanja in zaznavanja bližnjega polja: vpadna svetloba obseva predmet s številnimi drobnimi strukturami na površini. Pod delovanjem vpadnega svetlobnega polja odbiti valovi, ki jih ustvarjajo te strukture, vključujejo evanescentne valove, ki so omejeni na površino predmeta in se širijo daleč stran. razširjanje valov. Evanescentni valovi izvirajo iz drobnih struktur v predmetih (predmetov, manjših od valovne dolžine). Razširjeni val prihaja iz grobe strukture predmeta (predmeti, večji od valovne dolžine), ki ne vsebuje nobenih informacij o fini strukturi predmeta. Če se kot nanodetektor uporabi zelo majhen razpršilni center (kot je sonda) in se postavi dovolj blizu površine predmeta, se bo evanescentni val vzbudil in ponovno oddal svetlobo. Ta vzbujena svetloba vsebuje tudi nezaznavne evanescentne valove in razširjene valove, ki se lahko razširijo na oddaljene lokacije za zaznavanje. Ta postopek zaključi zaznavanje bližnjega polja. Pretvorba med evanescentnim poljem in propagantnim poljem je linearna in propagacijsko polje natančno odraža spremembe v evanescentnem polju. Če za skeniranje površine predmeta uporabimo razpršilni center, lahko dobimo dvodimenzionalno sliko. Po načelu recipročnosti se vlogi svetlobnega vira osvetljevanja in nanodetektorja zamenjata, nano svetlobni vir (evanescentno polje) pa se uporablja za osvetlitev vzorca. Zaradi učinka sipanja fine strukture predmeta na svetlobno polje se evanescentni val pretvori v signal, ki ga je mogoče zaznati na daljavo. Rezultati zaznanih razširjajočih se valov so popolnoma enaki.
Optična mikroskopija bližnjega polja uporablja sondo za skeniranje točke za točko na površini vzorca in jo posname točko za točko pred digitalnim slikanjem. Slika 1 je diagram principa slikanja optičnega mikroskopa bližnjega polja. Na sliki lahko metoda grobega približka xyz prilagodi razdaljo med sondo in vzorcem z natančnostjo desetin nanometrov; medtem ko lahko skeniranje xy in nadzor z nadzorujeta skeniranje sonde in spremljanje povratne informacije v smeri z z natančnostjo 1 nm. Vpadni laser na sliki se vstavi v sondo skozi optično vlakno, stanje polarizacije vpadne svetlobe pa je mogoče spremeniti glede na zahteve. Ko vpadni laser obseva vzorec, lahko detektor ločeno zbere transmisijski signal in odbojni signal, moduliran z vzorcem, ki ju ojača fotopomnoževalna cev in nato neposredno pretvori iz analognega v digitalno ter nato zbere računalnik ali vnese v spektrometer skozi spektroskopski sistem za pridobitev spektra. informacije. Nadzor sistema, zbiranje podatkov, prikazovanje slik in obdelavo podatkov opravijo računalniki. Iz zgornjega postopka slikanja je razvidno, da lahko optični mikroskopi bližnjega polja zbirajo tri vrste informacij hkrati, in sicer morfologijo površine vzorca, optične signale bližnjega polja in spektralne signale.
