Принципы оптической микроскопии в ближнем 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).
Основываясь на принципах обнаружения и визуализации безызлучательных полей, оптические микроскопы ближнего поля могут преодолеть дифракционный предел обычных оптических микроскопов и проводить наномасштабные оптические изображения и наномасштабные спектральные исследования со сверхвысоким оптическим разрешением.
Оптические микроскопы ближнего поля состоят из зондов, устройств передачи сигналов, систем управления сканированием, обработки сигналов и обратной связи. Принцип генерации и обнаружения ближнего поля: падающий свет облучает объект со множеством крошечных структур на поверхности. Под действием падающего светового поля отраженные волны, генерируемые этими структурами, включают в себя затухающие волны, ограниченные поверхностью объекта и распространяющиеся далеко. распространяющиеся волны. Затухающие волны возникают из крошечных структур в объектах (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 очень маленький рассеивающий центр используется в качестве нанодетектора (например, зонда) и расположен достаточно близко к поверхности объекта, затухающая волна возбудится и заставит ее снова излучать свет. Этот возбужденный свет также содержит необнаружимые затухающие волны и распространяющиеся волны, которые могут распространяться в отдаленные места для обнаружения. Этот процесс завершает обнаружение ближнего поля. Преобразование между исчезающим полем и распространяющимся полем является линейным, и распространяющееся поле точно отражает изменения в исчезающем поле. Если для сканирования поверхности объекта использовать рассеивающий центр, можно получить двухмерное изображение. В соответствии с принципом взаимности роли источника осветительного света и нанодетектора меняются местами, а источник наносвета (затухающее поле) используется для освещения образца. Благодаря рассеивающему эффекту тонкой структуры объекта на поле освещения затухающая волна преобразуется в сигнал, который можно обнаружить на расстоянии. Результаты обнаруженных распространяющихся волн точно такие же.
Оптическая микроскопия ближнего поля использует зонд для сканирования по точкам на поверхности образца и записи результатов по точкам перед получением цифрового изображения. На рисунке 1 представлена принципиальная схема формирования изображения оптического микроскопа ближнего поля. На рисунке метод грубой аппроксимации xyz позволяет регулировать расстояние между зондом и образцом с точностью до десятков нанометров; в то время как сканирование xy и управление z могут управлять 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 сигнал передачи и сигнал отражения, модулированный образцом, которые усиливаются трубкой фотоумножителя, а затем напрямую преобразуются из аналогового в цифровой, а затем собираются компьютером или вводятся в спектрометр через спектроскопическую систему для получения спектра. информация. Управление системой, сбор данных, отображение изображений и обработка данных выполняются компьютерами. Из описанного выше процесса визуализации видно, что оптические микроскопы ближнего поля могут одновременно собирать три типа информации, а именно морфологию поверхности образца, оптические сигналы ближнего поля и спектральные сигналы.
