В чем преимущества оптического микроскопа ближнего поля и микроскопа дальнего поля?
Что такое оптическая микроскопия ближнего поля?
С 1980-х годов, с продвижением науки и техники к мелкомасштабным и низкоразмерным пространствам и развитием технологии сканирующей зондовой микроскопии, в области оптики появился новый междисциплинарный предмет - оптика ближнего поля. Оптика ближнего поля произвела революцию в традиционном пределе оптического разрешения. Появление нового типа оптического микроскопа ближнего поля (NSOM — сканирующий оптический микроскоп ближнего поля, или SNOM) расширило поле зрения человека с половины длины волны падающего света до нескольких десятых длины волны, т. е. нанометровый масштаб. В оптической микроскопии ближнего поля линзы в обычных оптических приборах заменяются крошечными оптическими зондами с апертурой наконечника, намного меньшей, чем длина волны света.
Еще в 1928 году Synge предположил, что после облучения падающим светом через маленькое отверстие с апертурой 10 нм на образец на расстоянии 10 нм, сканирования с шагом 10 нм и сбора оптического сигнала микрообласти возможно для получения сверхвысокого разрешения. В этом интуитивном описании Synge четко предсказал основные черты современной оптической микроскопии ближнего поля.
В 1970 году Эш и Николлс применили концепцию ближнего поля для получения двумерных изображений с разрешением K/60 в микроволновом диапазоне (K =3 см). В 1983 году Исследовательский центр BM Zurich успешно изготовил наноразмерные световые отверстия на кончике кварцевого кристалла с металлическим покрытием. Изображения со сверхвысоким оптическим разрешением при K/20 получаются с использованием туннельного тока в качестве обратной связи для расстояния между зондом и образцом. Толчок к привлечению более широкого внимания к оптике ближнего поля исходил от AT&T Bell Laboratories. В 1991 году Бетциг и соавт. использовали оптическое волокно, чтобы сделать коническое оптическое отверстие с высоким световым потоком, и нанесли металлическую пленку на сторону, в сочетании с уникальным методом регулировки расстояния между датчиком и образцом силы сдвига, который не только увеличил поток передаваемых фотонов. В то же время он обеспечивает стабильный и надежный метод управления, который позволяет проводить оптические наблюдения с высоким разрешением в оптической микроскопии ближнего поля в различных областях, таких как биология, химия, магнитооптические домены и устройства хранения информации с высокой плотностью. и квантовые устройства. серия исследований. Так называемая оптика ближнего поля относится к оптике дальнего поля. Традиционные оптические теории, такие как геометрическая оптика и физическая оптика, обычно изучают только распределение световых полей вдали от источников света или объектов и обычно называются оптикой дальнего поля. В принципе, в оптике дальнего поля существует предел дифракции в дальней зоне, который ограничивает минимальный размер разрешения и минимальный размер метки при использовании принципа оптики дальнего поля для микроскопии и других оптических приложений. Оптика ближнего поля, с другой стороны, изучает распределение световых полей в диапазоне длин волн от источника света или объекта. В области исследований оптики ближнего поля предел дифракции в дальнем поле нарушен, а предел разрешения больше не подлежит никаким принципиальным ограничениям и может быть бесконечно мал, так что оптическое разрешение микроскопических изображений и других оптических приложения могут быть улучшены на основе принципа оптики ближнего поля. Ставка.
Оптическое разрешение, основанное на оптической технологии ближнего поля, может достигать нанометрового уровня, преодолевая дифракционный предел разрешения традиционной оптики, что обеспечит мощные операции, методы измерения и приборные системы для многих областей научных исследований, особенно развития нанотехнологий. В настоящее время ближнепольные сканирующие оптические микроскопы и ближнепольные спектрометры на основе детектирования затухающих полей нашли применение в областях физики, биологии, химии и материаловедения, и область их применения постоянно расширяется; в то время как другие приложения, основанные на оптике ближнего поля, такие как нанолитография и хранение оптических данных ближнего поля сверхвысокой плотности, нанооптические компоненты, захват и манипулирование наноразмерными частицами и т. д., также привлекли внимание многие ученые.
Помимо того, что они оба называются микроскопами, сходства между ними немного.
Прежде всего, самая большая разница в том, что разрешение отличается. Микроскоп дальнего поля, то есть традиционный оптический микроскоп, ограничен дифракционным пределом. Трудно получить четкое изображение в областях, меньших длины волны света; в то время как микроскоп ближнего поля может обеспечить четкое изображение.
Во-вторых, другой принцип. Микроскоп дальнего поля использует отражение и преломление света и т. д. и может использовать комбинацию линз; в то время как в ближнем поле необходим зонд, а связь и преобразование затухающего поля и поля пропускания используются для достижения выравнивания света. получение сигнала.
Кроме того, сложность инструмента, стоимость и т. д. неодинаковы.
