Принцип ближней оптической микроскопии
Оптическая микроскопия ближнего поля, основанная на принципах обнаружения и визуализации безызлучательных полей, может преодолеть дифракционный предел обычных оптических микроскопов и выполнять наномасштабные оптические изображения и спектроскопические исследования со сверхвысоким оптическим разрешением.
Оптический микроскоп ближнего поля состоит из зонда, устройства передачи сигнала, управления сканированием, обработки сигнала и системы обратной связи. Принцип генерации и обнаружения ближнего поля: когда падающий свет падает на объект со множеством крошечных и тонких структур на его поверхности, отраженные волны, генерируемые этими тонкими структурами под действием падающего светового поля, включают затухающие волны, ограниченные поверхностью объекта. объект и распространяющиеся волны, распространяющиеся на расстояние. Затухающие волны исходят от тонких структур объектов (объектов размером меньше длины волны). А распространяющиеся волны исходят от грубых структур объекта (объектов размером больше длины волны), которые не содержат никакой информации о тонких структурах объекта. Если очень маленький рассеивающий центр используется в качестве нанодетектора (например, зонда) и расположен достаточно близко к поверхности объекта, затухающая волна будет возбуждена, заставляя ее снова излучать свет. Свет, генерируемый этим возбуждением, также содержит необнаружимые затухающие волны и распространяющиеся волны, которые можно обнаружить на расстоянии, завершая процесс обнаружения в ближнем поле. Преобразование между исчезающим полем и полем распространения является линейным, и поле распространения точно отражает изменения в исчезающем поле. Если сканировать рассеивающий центр на поверхности объекта, можно получить двумерное изображение. По принципу взаимности взаимодействие источника света подсветки и нанодетектора поменяно местами. Для освещения образца используется источник наносвета (затухающее поле). Из-за рассеивающего эффекта тонкой структуры объекта на поле освещения затухающая волна преобразуется в распространяющуюся волну, которую можно обнаружить на расстоянии, и результат полностью тот же.
Ближнепольная оптическая микроскопия — это метод цифровой визуализации, который включает в себя сканирование и запись зондом точки за точкой на поверхности образца. На рисунке 1 представлена принципиальная схема изображения оптического микроскопа ближнего поля. Метод грубой аппроксимации xyz, показанный на рисунке, позволяет регулировать расстояние между зондом и образцом с точностью до десятков нанометров; Сканирование xy и управление z можно использовать для управления сканированием зонда и отслеживанием обратной связи в направлении z с точностью до 1 нм. Падающий лазер на рисунке вводится в зонд через оптическое волокно, и состояние поляризации падающего света может быть изменено в соответствии с требованиями. Когда падающий лазер облучает образец, детектор может отдельно собирать модулированный сигнал передачи и сигнал отражения образца, усиливать их с помощью фотоумножителя, а затем напрямую преобразовывать их из аналогового в цифровой и собирать их через компьютер или вводить в спектрометр. через спектроскопическую систему для получения спектральной информации. Управление системой, сбор данных, отображение изображений и обработка данных выполняются компьютерами. Из описанного выше процесса визуализации видно, что оптическая микроскопия ближнего поля может одновременно собирать три типа информации, а именно морфологию поверхности образца, оптические сигналы ближнего поля и спектральные сигналы.
