Podstawy mikroskopii optycznej bliskiego pola. Podstawy mikroskopii optycznej bliskiego pola
The traditional optical microscope consists of optical lenses that can magnify an object up to thousands of times to observe the details. Due to the diffraction effect of light waves, an infinite increase in magnification is not possible because the obstacle of the diffraction limit of light waves will be encountered, and the resolution of the traditional optical microscope cannot be more than half of the wavelength of light. For example, with a wavelength of λ = 400nm of green light as a light source, can only distinguish between two objects that are 200nm apart. In practice λ>400nm, the resolution is somewhat lower. This is due to the fact that optical observation in general is made at a great distance from the object (>>λ).
Mikroskopia optyczna bliskiego pola, oparta na zasadzie niepromieniowego sondowania i obrazowania pola, jest w stanie przełamać granicę dyfrakcji, której poddawane są zwykłe mikroskopy optyczne, umożliwiając obrazowanie optyczne w skali nano i badania spektroskopowe w nanoskali w ultra-skali wysoka rozdzielczość optyczna.
Mikroskop optyczny bliskiego pola składa się z sondy, urządzenia do transmisji sygnału, kontroli skanowania, przetwarzania sygnału i systemu sprzężenia zwrotnego sygnału. Zasada generowania i wykrywania bliskiego pola: padające napromieniowanie światłem na powierzchnię obiektu z wieloma drobnymi mikrostrukturami, te mikrostruktury pełnią rolę padającego pola świetlnego, powstała fala odbita zawiera nagłą falę ograniczoną do powierzchni obiektu i propagację fale na odległość. Nagłe fale pochodzą z drobnych struktur obiektu (obiektów mniejszych niż długość fali). Rozchodząca się fala pochodzi z szorstkiej struktury obiektu (obiekty większe niż długość fali), która nie zawiera żadnych informacji o drobnej strukturze obiektu. Jeżeli jako nanodetektor stosuje się bardzo mały ośrodek rozpraszający (np. sondę), umieszcza się go wystarczająco blisko powierzchni obiektu, aby wzbudzić szybką falę, powodując ponowną emisję światła. Światło wytwarzane przez to wzbudzenie zawiera również niewykrywalne fale szybkie i fale rozchodzące się, które mogą być propagowane do odległych detekcji, a proces ten kończy detekcję pola bliskiego. Przejście między polem szybkim a polem propagującym jest liniowe, a pole propagujące dokładnie odzwierciedla zmiany w polu ukrytym. Jeśli do skanowania powierzchni obiektu zostanie użyte centrum rozpraszania, można uzyskać obraz dwuwymiarowy. Zgodnie z zasadą wzajemności role naświetlającego źródła światła i nanodetektora są ze sobą zamienione, a próbka naświetlana jest nanoźródłem światła (pole nagłe), a w wyniku rozproszenia pola napromieniającego dzięki drobnej strukturze obiektu fala nagła przekształca się w falę rozchodzącą się, którą można wykryć z dużej odległości, a wynik jest dokładnie taki sam.
Mikroskopia optyczna bliskiego pola obejmuje skanowanie punkt po punkcie i rejestrację punkt po punkcie za pomocą sondy na powierzchni próbki, a następnie obrazowanie cyfrowe. Rysunek 1 przedstawia schemat obrazowania mikroskopu optycznego bliskiego pola. Na rysunku metoda przybliżenia zgrubnego xyz pozwala dostosować odległość od sondy do próbki z dokładnością do kilkudziesięciu nanometrów; podczas gdy skanowanie xy i sterowanie z mogą być używane z dokładnością do 1 nm do sterowania skanowaniem sondy i podążaniem za sprzężeniem zwrotnym w kierunku z. Laser padający pokazany na rysunku jest wprowadzany do sondy poprzez światłowód, a stan polaryzacji padającego światła można zmieniać w zależności od potrzeb. Kiedy padający laser naświetla próbkę, detektor może oddzielnie zbierać sygnały transmisji i odbicia modulowane przez próbkę i wzmacniane przez fotopowielacz, a następnie bezpośrednio przez przetwornik analogowo-cyfrowy poprzez akwizycję komputerową lub system spektroskopii spektrometr w celu uzyskania informacji spektralnej. Sterowanie systemem, gromadzenie danych, wyświetlanie obrazu i przetwarzanie danych są realizowane przez komputer. Z powyższego procesu obrazowania widać, że mikroskop optyczny bliskiego pola może jednocześnie zbierać trzy rodzaje informacji, tj. morfologię powierzchni próbki, sygnał optyczny bliskiego pola i sygnał widmowy.
