Принципи на оптичната микроскопия в близко поле
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).
Въз основа на принципите за откриване и изобразяване на нерадиационни полета, оптичните микроскопи в близко поле могат да пробият дифракционната граница на обикновените оптични микроскопи и могат да провеждат наноразмерни оптични изображения и наномащабни спектрални изследвания при ултрависока оптична резолюция.
Оптичните микроскопи в близко поле се състоят от сонди, устройства за предаване на сигнали, сканиращ контрол, обработка на сигнали и системи за обратна връзка. Принцип на генериране и откриване на близко поле: Падащата светлина облъчва обект с много малки структури на повърхността. Под действието на падащото светлинно поле, отразените вълни, генерирани от тези структури, включват мимолетни вълни, ограничени до повърхността на обекта и разпространяващи се надалеч. разпространяващи се вълни. Еванесцентните вълни произхождат от малки структури в обекти (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 много малък център на разсейване се използва като нанодетектор (като сонда) и се постави достатъчно близо до повърхността на обекта, мимолетната вълна ще бъде възбудена и ще я накара да излъчва светлина отново. Тази възбудена светлина също съдържа неоткриваеми мимолетни вълни и разпространяващи се вълни, които могат да се разпространяват до отдалечени места за откриване. Този процес завършва откриването на близко поле. Преобразуването между мимолетното поле и разпространяващото се поле е линейно, а разпространяващото се поле точно отразява промените в мимолетното поле. Ако се използва разсейващ център за сканиране на повърхността на даден обект, може да се получи двуизмерно изображение. Съгласно принципа на реципрочност, ролите на източника на светлина за осветяване и нанодетектора се разменят и източникът на нано светлина (изчезващо поле) се използва за осветяване на пробата. Благодарение на ефекта на разсейване на фината структура на обекта върху полето на осветяване, еванесцентната вълна се преобразува в сигнал, който може да бъде открит от разстояние. Резултатите от откритите разпространяващи се вълни са абсолютно същите.
Оптичната микроскопия в близко поле използва сонда за сканиране точка по точка върху повърхността на пробата и я записва точка по точка преди цифрово изображение. Фигура 1 е диаграма на принципа на изобразяване на оптичен микроскоп в близко поле. На фигурата методът на грубо приближение xyz може да регулира разстоянието между сондата и пробата с точност от десетки нанометри; докато xy сканирането и z контролът могат да контролират сканирането на сондата и проследяването на обратната връзка в посока z с точност от 1 nm. Инцидентният лазер 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 сигнала за предаване и сигнала за отражение, модулиран от пробата, които се усилват от фотоумножителната тръба, след което директно се преобразуват от аналогов в цифров и след това се събират от компютър или се въвеждат в спектрометър през спектроскопска система за получаване на спектъра. информация. Системният контрол, събирането на данни, показването на изображения и обработката на данни се извършват от компютри. Може да се види от горния процес на изобразяване, че оптичните микроскопи в близко поле могат да събират три вида информация едновременно, а именно повърхностната морфология на пробата, оптични сигнали в близко поле и спектрални сигнали.
