Zasady mikroskopii optycznej w polu bliskim
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).
W oparciu o zasady wykrywania i obrazowania pól niepromienistych, mikroskopy optyczne bliskiego pola mogą przełamać granicę dyfrakcji zwykłych mikroskopów optycznych i mogą prowadzić obrazowanie optyczne w nanoskali oraz badania spektralne w nanoskali przy ultrawysokiej rozdzielczości optycznej.
Mikroskopy optyczne bliskiego pola składają się z sond, urządzeń do transmisji sygnału, kontroli skanowania, przetwarzania sygnału i systemów sprzężenia zwrotnego sygnału. Zasada generowania i wykrywania pola bliskiego: Padające światło napromieniowuje obiekt posiadający wiele drobnych struktur na powierzchni. Pod wpływem padającego pola świetlnego wśród fal odbitych generowanych przez te struktury znajdują się fale zanikające, ograniczone do powierzchni obiektu i rozchodzące się w duże odległości. rozchodzące się fale. Fale zanikające powstają w maleńkich strukturach obiektów (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. Jeśli jako nanodetektor (np. sonda) zostanie zastosowany bardzo mały ośrodek rozpraszający, umieszczony wystarczająco blisko powierzchni obiektu, fala zanikająca zostanie wzbudzona i ponownie wyemituje światło. To wzbudzone światło zawiera również niewykrywalne fale zanikające i fale propagowane, które mogą rozprzestrzeniać się do odległych miejsc w celu wykrycia. Proces ten kończy wykrywanie bliskiego pola. Konwersja między polem zanikającym a polem propagacyjnym jest liniowa, a pole propagujące dokładnie odzwierciedla zmiany w polu zanikającym. Jeśli do skanowania powierzchni obiektu zostanie użyte centrum rozpraszania, można uzyskać obraz dwuwymiarowy. Zgodnie z zasadą wzajemności role źródła światła oświetlającego i nanodetektora są zamienione, a do oświetlenia próbki wykorzystywane jest nanoźródło światła (pole zanikające). Ze względu na efekt rozpraszania drobnej struktury obiektu w polu oświetlenia, fala zanikająca przekształca się w sygnał, który można wykryć z dużej odległości. Wyniki wykrytych fal rozchodzących się są dokładnie takie same.
Mikroskopia optyczna bliskiego pola wykorzystuje sondę do skanowania punkt po punkcie na powierzchni próbki i rejestrowania go punkt po punkcie przed obrazowaniem cyfrowym. Rysunek 1 przedstawia schemat zasady obrazowania mikroskopu optycznego bliskiego pola. Na rysunku metoda przybliżenia xyz może regulować odległość między sondą a próbką z dokładnością do kilkudziesięciu nanometrów; podczas gdy skanowanie xy i sterowanie z mogą kontrolować skanowanie sondy i śledzenie sprzężenia zwrotnego w kierunku z z dokładnością do 1 nm. Laser padający pokazany na rysunku jest wprowadzany do sondy poprzez światłowód, a stan polaryzacji padającego światła można zmieniać zgodnie z wymaganiami. Kiedy padający laser naświetla próbkę, detektor może oddzielnie zbierać sygnał transmisji i sygnał odbicia modulowany przez próbkę, które są wzmacniane przez fotopowielacz, a następnie bezpośrednio przekształcane z sygnału analogowego na cyfrowy, a następnie zbierane przez komputer lub wprowadzane do spektrometr przez układ spektroskopowy w celu uzyskania widma. Informacja. Sterowanie systemem, gromadzenie danych, wyświetlanie obrazu i przetwarzanie danych są realizowane przez komputery. Z powyższego procesu obrazowania widać, że mikroskopy optyczne bliskiego pola mogą zbierać jednocześnie trzy rodzaje informacji, a mianowicie morfologię powierzchni próbki, sygnały optyczne bliskiego pola i sygnały widmowe.
