Jakie są zalety mikroskopu optycznego bliskiego pola i mikroskopu dalekiego pola?
Co to jest mikroskopia optyczna bliskiego pola?
Od lat 80-tych XX wieku, wraz z postępem nauki i techniki w kierunku przestrzeni małoskalowych i niskowymiarowych oraz rozwojem technologii mikroskopii sond skanujących, w dziedzinie optyki pojawił się nowy interdyscyplinarny przedmiot - optyka bliskiego pola. Optyka bliskiego pola zrewolucjonizowała tradycyjny limit rozdzielczości optycznej. Pojawienie się nowego typu mikroskopu optycznego bliskiego pola (NSOM — Near-field Scanning Optical Microscope lub SNOM) rozszerzyło pole widzenia ludzi z połowy długości fali padającego światła do kilku dziesiątych długości fali, czyli skala nanometrów. W mikroskopii optycznej bliskiego pola soczewki w konwencjonalnych przyrządach optycznych są zastępowane maleńkimi sondami optycznymi z aperturami końcówek znacznie mniejszymi niż długość fali światła.
Już w 1928 roku Synge zaproponował, że po napromieniowaniu padającego światła przez mały otwór o aperturze 10 nm na próbkę z odległości 10 nm, skanowaniu z krokiem 10 nm i zebraniu sygnału optycznego mikroobszaru, możliwe jest aby uzyskać bardzo wysoką rozdzielczość. W tym intuicyjnym opisie firma Synge jasno przewidziała główne cechy nowoczesnej mikroskopii optycznej bliskiego pola.
W 1970 roku Ash i Nicholls zastosowali koncepcję bliskiego pola do uzyskania dwuwymiarowego obrazowania z rozdzielczością K/60 w paśmie mikrofalowym (K{3}}cm). W 1983 roku Centrum Badawcze BM Zurich z powodzeniem wytworzyło lekkie dziury w nanoskali na czubku pokrytego metalem kryształu kwarcu. Obrazy o ultrawysokiej rozdzielczości optycznej przy K/20 są uzyskiwane przy użyciu prądu tunelowego jako sprzężenia zwrotnego dla odległości między sondą a próbką. Impuls do zwrócenia większej uwagi na optykę bliskiego pola przyszedł z AT&T Bell Laboratories. W 1991 Betzig i in. użył światłowodu do wykonania zwężającego się otworu optycznego o dużym strumieniu światła i umieścił metalową warstwę na boku, w połączeniu z unikalną metodą regulacji odległości sondy od próbki siły ścinającej, co nie tylko zwiększyło transmitowany strumień fotonów. Jednocześnie zapewnia stabilną i niezawodną metodę kontroli, która zapoczątkowała obserwację optyczną bliskiego pola w mikroskopii optycznej bliskiego pola w różnych dziedzinach, takich jak biologia, chemia, dziedziny magnetooptyczne i urządzenia do przechowywania informacji o dużej gęstości, i urządzeń kwantowych. seria studiów. Tak zwana optyka bliskiego pola odnosi się do optyki dalekiego pola. Tradycyjne teorie optyczne, takie jak optyka geometryczna i optyka fizyczna, zwykle badają rozkład pól świetlnych z dala od źródeł światła lub obiektów i są ogólnie określane jako optyka dalekiego pola. Zasadniczo istnieje granica dyfrakcji pola dalekiego w optyce dalekiego pola, która ogranicza minimalny rozmiar rozdzielczości i minimalny rozmiar znaku przy stosowaniu zasady optyki dalekiego pola w mikroskopii i innych zastosowaniach optycznych. Z drugiej strony optyka bliskiego pola bada rozkład pól świetlnych w zakresie długości fal ze źródła światła lub obiektu. W dziedzinie badań optyki bliskiego pola granica dyfrakcji pola dalekiego jest złamana, a granica rozdzielczości nie podlega już w zasadzie żadnym ograniczeniom i może być nieskończenie mała, dzięki czemu rozdzielczość optyczna obrazowania mikroskopowego i innych optycznych aplikacje można ulepszyć w oparciu o zasadę optyki bliskiego pola. Wskaźnik.
Rozdzielczość optyczna oparta na technologii optycznej bliskiego pola może osiągnąć poziom nanometrów, przełamując granicę rozdzielczości dyfrakcji tradycyjnej optyki, co zapewni potężne operacje, metody pomiarowe i systemy instrumentów dla wielu dziedzin badań naukowych, zwłaszcza rozwoju nanotechnologii. Obecnie skaningowe mikroskopy optyczne bliskiego pola i spektrometry bliskiego pola oparte na detekcji pola zanikającego znalazły zastosowanie w fizyce, biologii, chemii i materiałoznawstwie, a zakres ich zastosowania stale się poszerza; podczas gdy inne zastosowania oparte na optyce bliskiego pola, takie jak nanolitografia i przechowywanie optyczne bliskiego pola o bardzo dużej gęstości, komponenty nanooptyczne, wychwytywanie i manipulowanie cząstkami w skali nano itp. również przyciągnęły uwagę wielu naukowców.
Oprócz tego, że oba nazywane są mikroskopami, nie ma wielu podobieństw.
Przede wszystkim największą różnicą jest to, że rozdzielczość jest inna. Mikroskop dalekiego pola, czyli tradycyjny mikroskop optyczny, jest ograniczony granicą dyfrakcji. Trudno jest wyraźnie obrazować obszary mniejsze niż długość fali światła; podczas gdy mikroskop bliskiego pola może uzyskać wyraźne obrazowanie.
Po drugie, zasada jest inna. Mikroskop dalekiego pola wykorzystuje odbicie i załamanie światła itp. I może wykorzystywać kombinację soczewek; podczas gdy w polu bliskim potrzebna jest sonda, a sprzężenie i konwersja pola zanikającego i pola transmisyjnego są wykorzystywane do uzyskania wyrównania światła. akwizycja sygnału.
Także złożoność instrumentu, koszt itp., to nie to samo.
