Принципи на оптична микроскопия в близко поле на оптична микроскопия в близко поле
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).
Оптичната микроскопия в близко поле, базирана на принципа на нерадиационно полево сондиране и изобразяване, е в състояние да преодолее границата на дифракция, на която са подложени обикновените оптични микроскопи, позволявайки наноразмерни оптични изображения и наномащабни спектроскопски изследвания да се извършват при ултра- висока оптична резолюция.
Оптичният микроскоп в близко поле се състои от сонда, устройство за предаване на сигнал, сканиращ контрол, обработка на сигнала и система за обратна връзка на сигнала. Принцип на генериране и откриване на близко поле: облъчване на падаща светлина към повърхността на обекта с много малки микроструктури, тези микроструктури в ролята на падащо светлинно поле, получената отразена вълна съдържа внезапна вълна, ограничена до повърхността на обекта и разпространението вълни до далечината. Внезапните вълни идват от фините структури в обекта (обекти, по-малки от дължината на вълната). Разпространяващата се вълна идва от грубата структура на обекта (обекти, по-големи от дължината на вълната), която не съдържа информация за фината структура на обекта. Ако се използва много малък център на разсейване като нанодетектор (напр. сонда), поставен достатъчно близо до повърхността на обекта, за да възбуди бързата вълна, карайки я отново да излъчва светлина. Светлината, произведена от това възбуждане, също съдържа неоткриваеми бързи вълни и разпространяващи се вълни, които могат да се разпространят до далечни детекции, и този процес завършва детекцията на близкото поле. Преходът между бързото поле и разпространяващото се поле е линеен, а разпространяващото се поле точно отразява промените в скритото поле. Ако се използва разсейващ център за сканиране върху повърхността на обект, може да се получи двуизмерно изображение. Съгласно принципа на реципрочност, ролите на излъчващия светлинен източник и нанодетектора се сменят един с друг и пробата се облъчва с нано-светлинен източник (рязко поле) и поради разсейването на излъчващото поле чрез фината структура на обекта рязката вълна се преобразува в разпространяваща се вълна, която може да бъде открита на разстояние и резултатът е абсолютно същият.
Оптичната микроскопия в близко поле се състои от сканиране точка по точка и запис точка по точка от сонда върху повърхността на пробата, последвано от цифрово изображение. Фигура 1 показва схематично изобразяване на оптичен микроскоп за близко поле. На фигурата методът на грубо приближение xyz може да коригира разстоянието от сондата до пробата с точност от десетки нанометри; докато xy сканирането и z контролът могат да се използват с точност от 1 nm за контрол на сканирането на сондата и последващата обратна връзка в посока z. Инцидентният лазер, показан на фигурата, се въвежда в сондата чрез оптично влакно и състоянието на поляризация на падащата светлина може да се променя според изискванията. Когато инцидентният лазер облъчи пробата, детекторът може отделно да събере сигналите за предаване и отражение, модулирани от пробата и усилени от фотоумножителната тръба, а след това директно от аналогово-цифровия преобразувател чрез компютърно придобиване или чрез спектроскопска система в спектрометъра, за да получите спектрална информация. Системният контрол, събирането на данни, показването на изображения и обработката на данните се извършват от компютъра. От горния процес на изобразяване може да се види, че оптичният микроскоп в близко поле може едновременно да събира три вида информация, т.е. морфологията на повърхността на пробата, оптичният сигнал в близкото поле и спектралният сигнал.
