Základy optické mikroskopie blízkého pole Základy optické mikroskopie blízkého pole
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).
Optická mikroskopie blízkého pole, založená na principu sondování a zobrazování neradiačního pole, je schopna prolomit difrakční mez, které jsou vystaveny běžné optické mikroskopy, což umožňuje provádět optické zobrazování v nanoměřítku a spektroskopické studie nanometrů v ultra- vysoké optické rozlišení.
Optický mikroskop pro blízké pole se skládá ze sondy, zařízení pro přenos signálu, řízení skenování, zpracování signálu a systému zpětné vazby signálu. Princip generování a detekce blízkého pole: ozáření dopadajícího světla na povrch předmětu s mnoha drobnými mikrostrukturami, tyto mikrostruktury v roli dopadajícího světelného pole, výsledná odražená vlna obsahuje náhlou vlnu omezenou na povrch předmětu a šíření vlny do dálky. Náhlé vlny pocházejí z jemných struktur v objektu (objekty menší než vlnová délka). Šířící se vlna pochází z hrubé struktury předmětu (předměty větší než vlnová délka), která neobsahuje žádnou informaci o jemné struktuře předmětu. Pokud je jako nanodetektor (např. sonda) použito velmi malé rozptylové centrum (např. sonda), umístěné dostatečně blízko k povrchu objektu, aby vybudilo rychlou vlnu a způsobilo, že bude opět emitovat světlo. Světlo produkované touto excitací také obsahuje nedetekovatelné rychlé vlny a šířící se vlny, které se mohou šířit do vzdálených detekcí, a tento proces dokončuje detekci blízkého pole. Přechod mezi rychlým polem a šířícím se polem je lineární a šířící se pole přesně odráží změny ve skrytém poli. Pokud se pro skenování po povrchu předmětu použije rozptylové centrum, lze získat dvourozměrný obraz. Podle principu reciprocity se role ozařujícího světelného zdroje a nanodetektoru vzájemně zaměňují a vzorek je ozařován nanosvětelným zdrojem (náhlé pole) a v důsledku rozptylu ozařovacího pole jemnou strukturou předmětu se náhlá vlna přemění na vlnu šířící se na dálku a výsledek je naprosto stejný.
Optická mikroskopie v blízkém poli sestává z bodového skenování a bodového záznamu sondou na povrchu vzorku s následným digitálním zobrazením. Obrázek 1 ukazuje schéma zobrazení optického mikroskopu blízkého pole. Na obrázku lze metodou hrubé aproximace xyz upravit vzdálenost od sondy ke vzorku s přesností na desítky nanometrů; zatímco řízení xy skenování a z lze použít s přesností 1 nm k řízení skenování sondy a zpětné vazby směru z. Dopadající laser, znázorněný na obrázku, je zaveden do sondy optickým vláknem a stav polarizace dopadajícího světla lze měnit podle požadavků. Když dopadající laser ozařuje vzorek, detektor může odděleně shromažďovat přenosové a reflexní signály modulované vzorkem a zesílené trubicí fotonásobiče a poté přímo analogově-digitálním převodníkem prostřednictvím počítačové akvizice nebo prostřednictvím spektroskopického systému do spektrometr pro získání spektrálních informací. Řízení systému, sběr dat, zobrazení obrazu a zpracování dat provádí počítač. Z výše uvedeného procesu zobrazování je vidět, že optický mikroskop pro blízké pole může současně shromažďovat tři typy informací, tj. morfologii povrchu vzorku, optický signál blízkého pole a spektrální signál.
