Принципы ближнепольной оптической микроскопии ближнепольной оптической микроскопии
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).
Оптическая микроскопия ближнего поля, основанная на принципе безрадиационного зондирования и визуализации поля, способна преодолеть дифракционный предел, которому подвергаются обычные оптические микроскопы, позволяя выполнять наномасштабные оптические изображения и наномасштабные спектроскопические исследования в ультра-диапазоне. высокое оптическое разрешение.
Оптический микроскоп ближнего поля состоит из зонда, устройства передачи сигнала, системы управления сканированием, обработки сигнала и системы обратной связи. Принцип генерации и обнаружения ближнего поля: облучение падающего света на поверхность объекта множеством крошечных микроструктур, эти микроструктуры играют роль падающего светового поля, результирующая отраженная волна содержит внезапную волну, ограниченную поверхностью объекта и распространяющуюся волны вдаль. Внезапные волны исходят от тонких структур объекта (объектов размером меньше длины волны). Распространяющаяся волна исходит от грубой структуры объекта (объектов размером больше длины волны), которая не содержит никакой информации о тонкой структуре объекта. Если в качестве нанодетектора используется очень маленький рассеивающий центр (например, зонд), расположенный достаточно близко к поверхности объекта, чтобы возбудить быструю волну, заставив ее снова излучать свет. Свет, создаваемый этим возбуждением, также содержит необнаружимые быстрые волны и распространяющиеся волны, которые могут распространяться на дальние объекты, и этот процесс завершает обнаружение ближнего поля. Переход между быстрым полем и распространяющимся полем линейный, а распространяющееся поле точно отражает изменения в скрытом поле. Если для сканирования поверхности объекта использовать рассеивающий центр, можно получить двумерное изображение. Согласно принципу взаимности роли облучающего источника света и нанодетектора меняются друг с другом, при этом образец облучается источником наносвета (резким полем), а за счет рассеяния облучающего поля благодаря тонкой структуре объекта резкая волна преобразуется в распространяющуюся волну, которую можно обнаружить на расстоянии, и результат точно такой же.
Ближнепольная оптическая микроскопия состоит из поточечного сканирования и поточечной записи зондом на поверхности образца с последующей цифровой визуализацией. На рисунке 1 показана схема изображения оптического микроскопа ближнего поля. На рисунке метод грубой аппроксимации xyz позволяет регулировать расстояние от зонда до образца с точностью до десятков нанометров; в то время как сканирование xy и управление z могут использоваться с точностью до 1 нм для управления сканированием зонда и обратной связью по направлению z. Падающий лазер, показанный 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 сигналы пропускания и отражения, модулированные образцом и усиливаемые трубкой фотоумножителя, а затем непосредственно аналого-цифровым преобразователем через компьютерный сбор данных или через систему спектроскопии в спектрометр для получения спектральной информации. Управление системой, сбор данных, отображение изображений и обработка данных осуществляется с помощью компьютера. Из описанного выше процесса визуализации можно видеть, что оптический микроскоп ближнего поля может одновременно собирать три типа информации, т.е. морфологию поверхности образца, оптический сигнал ближнего поля и спектральный сигнал.
