Zasada mikroskopii optycznej bliskiego pola
Traditional optical microscopes consist of optical lenses that can magnify objects several thousand times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely, as the diffraction limit of light waves will be encountered. The resolution of traditional optical microscopes cannot exceed half of the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as the light source can only distinguish two objects with a distance of 200nm. In practical applications, when λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are made at a distance (>>λ) od obiektu.
W oparciu o zasady wykrywania i obrazowania pól niepromienistych, mikroskopy optyczne bliskiego pola mogą przełamać granicę dyfrakcji zwykłych mikroskopów optycznych i przeprowadzać obrazowanie optyczne w nanoskali oraz badania spektralne z ultrawysoką rozdzielczością optyczną.
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 światło pada na obiekt o wielu małych i delikatnych strukturach na powierzchni. Te drobne struktury pod wpływem padającego pola świetlnego wytwarzają fale odbite, w tym fale zanikające ograniczone do powierzchni obiektu i fale rozchodzące się w kierunku odległości. Fale zanikające pochodzą z drobnych struktur w obiektach (obiektach mniejszych niż długość fali). Rozchodzące się fale pochodzą z szorstkich struktur obiektu (obiektów większych niż długość fali), które nie zawierają żadnych informacji o drobnej strukturze obiektu. Jeśli jako nanodetektor (taki jak sonda) zostanie użyty bardzo mały ośrodek rozpraszający i zostanie umieszczony wystarczająco blisko powierzchni obiektu, fala zanikająca zostanie wzbudzona, powodując ponowną emisję światła. Światło generowane przez to wzbudzenie obejmuje również niewykrywalne fale zanikające i fale propagacyjne, które mogą rozprzestrzeniać się do odległej detekcji, kończąc proces detekcji w polu bliskim. Przejście między polem zanikającym a polem propagacyjnym jest liniowe, a pole propagacyjne dokładnie odzwierciedla zmiany w polu utajonym. Jeśli do skanowania powierzchni obiektu zostanie użyte centrum rozpraszania, można uzyskać obraz dwuwymiarowy. Zgodnie z zasadą wzajemnej inwersji, następuje zamiana interakcji pomiędzy źródłem światła napromieniowania i nanodetektorem, a próbkę naświetla się źródłem nanoświatła (pole zanikające). Ze względu na efekt rozpraszania drobnej struktury obiektu w porównaniu z polem emisyjnym, fala zanikająca przekształca się w falę propagującą, którą można wykryć z dużej odległości, a wyniki są całkowicie identyczne.
Mikroskopia optyczna bliskiego pola to technika obrazowania cyfrowego, która obejmuje skanowanie i rejestrację punktu po punkcie sondy na powierzchni próbki. Rysunek 1 przedstawia schemat zasady obrazowania mikroskopu optycznego bliskiego pola. Zgrubna metoda przybliżenia xyz na rysunku pozwala dostosować odległość między sondą a próbką z dokładnością do dziesiątek nanometrów; Skanowanie xy i sterowanie z mogą kontrolować skanowanie sondy i sprzężenie zwrotne w kierunku z z dokładnością do 1 nm. Laser padający pokazany na rysunku jest wprowadzany do sondy poprzez światłowód i może zmieniać stan polaryzacji padającego światła 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. Następnie są one bezpośrednio przekształcane z sygnału analogowego na cyfrowy i zbierane przez komputer lub wprowadzane do spektrometru poprzez system spektroskopowy w celu uzyskania informacji spektralnej. Sterowanie systemem, gromadzenie danych, wyświetlanie obrazu i przetwarzanie danych są realizowane przez komputery. Z powyższego procesu obrazowania widać, że mikroskopia optyczna bliskiego pola może jednocześnie zbierać trzy rodzaje informacji, a mianowicie morfologię powierzchni próbki, sygnały optyczne bliskiego pola i sygnały widmowe.
