Jaka jest różnica między mikroskopią optyczną w polu bliskim a mikroskopią w polu dalekim
Co to jest mikroskop optyczny bliskiego pola?
Od lat 80-tych XX wieku, wraz z postępem nauki i technologii w kierunku przestrzeni małoskalowej i niskowymiarowej oraz rozwojem technologii mikroskopii z sondą skanującą, w dziedzinie optyki wyłoniła się nowa interdyscyplinarna dziedzina - optyka bliskiego pola. Optyka bliskiego pola zrewolucjonizowała tradycyjne ograniczenie rozdzielczości optycznej. Pojawienie się nowego typu skaningowego mikroskopu optycznego bliskiego pola (NSOM), znanego również jako SNOM, rozszerzyło pole widzenia człowieka z połowy długości fali padającego światła do kilkudziesięciu długości fal, czyli do nanoskali. W mikroskopii optycznej bliskiego pola soczewkę w tradycyjnych przyrządach optycznych zastępuje się małą sondą optyczną, której otwór wierzchołkowy jest znacznie mniejszy niż długość fali światła.
Już w 1928 roku firma Synge zaproponowała, że ultrawysoką rozdzielczość można osiągnąć poprzez świecenie padającego światła przez mały otwór o aperturze 10 nm na próbkę z odległości 10 nm, skanowanie i zbieranie sygnałów świetlnych w mikroobszarze w odstępach wielkości o długości 10 nm. W tym intuicyjnym opisie firma Synge jasno przewidziała główne cechy nowoczesnych mikroskopów optycznych bliskiego pola.
W 1970 roku Ash i Nicholls zastosowali koncepcję bliskiego pola, aby uzyskać dwuwymiarowe obrazowanie z rozdzielczością K/60 w paśmie mikrofalowym (K=3cm). W 1983 roku Centrum Badawcze BM w Zurychu z sukcesem przygotowało nanopory optyczne na końcach kryształów kwarcu pokrytych metalem. Wykorzystując prąd tunelowy jako sprzężenie zwrotne pomiędzy sondą a próbką, uzyskaj obraz o ultrawysokiej rozdzielczości optycznej K/20. Siłą napędową optyki bliskiego pola, która przyciągnęła szerszą uwagę, jest laboratorium AT&T Bell Lab. W 1991 r. Betzig i in. wykonał stożkowe otwory optyczne o wysokiej przepustowości za pomocą włókien optycznych, nałożył na bok cienkie warstwy metalu i zastosował unikalną metodę kontroli odstępu między próbkami za pomocą sondy siły ścinającej. To nie tylko zwiększyło strumień fotonów o kilka rzędów wielkości, ale także zapewniło stabilną i niezawodną metodę kontroli, co zapoczątkowało serię badań nad obserwacjami optycznymi o wysokiej rozdzielczości w różnych dziedzinach, takich jak biologia, chemia, domeny magnetooptyczne, wysokorozdzielcze urządzenia do przechowywania informacji o gęstości oraz urządzenia kwantowe wykorzystujące mikroskopię optyczną bliskiego pola. Tak zwana optyka bliskiego pola jest powiązana z optyką dalekiego pola. Tradycyjne teorie optyczne, takie jak optyka geometryczna i optyka fizyczna, zazwyczaj badają jedynie rozkład pól świetlnych z dala od źródeł światła lub obiektów, co jest powszechnie określane jako optyka pola dalekiego. Optyka dalekiego pola ma w zasadzie granicę dyfrakcji dalekiego pola, która ogranicza minimalną wielkość rozdzielczości i minimalny rozmiar oznakowania podczas stosowania zasad optyki dalekiego pola w mikroskopii i innych zastosowaniach optycznych. Optyka bliskiego pola bada rozkład pola świetlnego w zakresie długości fali źródła światła lub obiektu. W dziedzinie badań optyki bliskiego pola granica dyfrakcji pola dalekiego jest przełamana, a granica rozdzielczości nie jest już w zasadzie ograniczona i może być nieskończenie mała. Dlatego w oparciu o zasady optyki bliskiego pola można poprawić rozdzielczość optyczną obrazowania mikroskopowego i innych zastosowań optycznych.
Rozdzielczość optyczna oparta na technologii optycznej bliskiego pola może osiągnąć poziom nanometrów, przekraczając granicę dyfrakcji tradycyjnej optyki. Zapewni to wydajne działanie, metody pomiarowe i systemy przyrządów dla wielu dziedzin badań naukowych, zwłaszcza rozwoju nanotechnologii. Obecnie skaningowe mikroskopy optyczne bliskiego pola i spektrometry bliskiego pola oparte na detekcji pola ukrytego znalazły zastosowanie w takich dziedzinach jak fizyka, biologia, chemia i materiałoznawstwo, a zakres ich zastosowań stale się poszerza. Inne zastosowania oparte na optyce bliskiego pola, takie jak nanolitografia i magazynowanie optyczne bliskiego pola o bardzo dużej gęstości, komponenty nanooptyczne oraz wychwytywanie i manipulowanie cząstkami w skali nano, również przyciągnęły uwagę wielu pracowników naukowych.
Poza tym, że nazywają się mikroskopami, nie ma zbyt wielu podobieństw.
Po pierwsze, i zarazem największa różnica, jest inna rozdzielczość. Mikroskopia dalekiego pola, znana również jako tradycyjna mikroskopia optyczna, jest ograniczona limitem dyfrakcyjnym, co utrudnia wyraźne obrazowanie obszarów mniejszych niż długość fali światła; Mikroskopia bliskiego pola pozwala uzyskać wyraźne obrazowanie.
Po drugie, zasada jest inna. Mikroskopia dalekiego pola wykorzystuje odbicie i załamanie światła i można to osiągnąć poprzez połączenie soczewek; W polu bliskim potrzebne są sondy, aby uzyskać akwizycję sygnałów optycznych poprzez sprzęganie i konwersję pól zanikających i transmisyjnych.
Ponadto złożoność i koszt instrumentów itp.
