Princip optické mikroskopie blízkého pole
Traditional optical microscopes consist of optical lenses that can magnify objects several thousand times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely, as the diffraction limit of light waves will be encountered. The resolution of traditional optical microscopes cannot exceed half of the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as the light source can only distinguish two objects with a distance of 200nm. In practical applications, when λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are made at a distance (>>λ) z objektu.
Na základě principů detekce a zobrazování neradiačních polí mohou optické mikroskopy blízkého pole prolomit difrakční limit běžných optických mikroskopů a provádět optické zobrazování v nanoměřítku a spektrální výzkum při ultra vysokém optickém 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: Dopadající světlo svítí na objekt s mnoha malými a jemnými strukturami na povrchu. Tyto jemné struktury při působení dopadajícího světelného pole produkují odražené vlny včetně evanescentních vln omezených na povrch objektu a šířících se vlnění do dálky. Evanescenční vlny pocházejí z jemných struktur v objektech (objekty menší než vlnová délka). Šířící se vlny pocházejí z hrubých struktur v objektu (objekty větší než vlnová délka), které neobsahují žádnou informaci o jemné struktuře objektu. Pokud je jako nanodetektor (jako je sonda) použito velmi malé centrum rozptylu a umístěno dostatečně blízko k povrchu objektu, evanescentní vlna je excitována, což způsobí, že znovu emituje světlo. Světlo generované touto excitací také zahrnuje nedetekovatelné evanescentní vlny a vlny šíření, které se mohou šířit do vzdálené detekce, čímž dokončí proces detekce blízkého pole. Přechod mezi evanescentním polem a polem šíření je lineární a pole šíření přesně odráží změny v latentním poli. Pokud se pro skenování povrchu předmětu použije rozptylové centrum, lze získat dvourozměrný obraz. Podle principu vzájemné inverze dochází k záměně interakce mezi zdrojem ozařovacího světla a nanodetektorem a vzorek je ozařován zdrojem nanosvětla (evanescentní pole). Díky rozptylovému efektu jemné struktury objektu ve srovnání s emisním polem se evanescentní vlna přemění na vlnu šířící se na dálku a výsledky jsou zcela identické.
Optická mikroskopie blízkého pole je digitální zobrazovací technika, která zahrnuje skenování a záznam sondy bod po bodu na povrchu vzorku. Obrázek 1 je schéma principu zobrazování optického mikroskopu v blízkém poli. Hrubá aproximační metoda xyz na obrázku dokáže upravit vzdálenost mezi sondou a vzorkem s přesností na desítky nanometrů; Skenování xy a ovládání z mohou ovládat skenování sondy a zpětnou vazbu ve směru z s přesností 1 nm. Dopadající laser na obrázku je zaveden do sondy přes vláknovou optiku a může měnit stav polarizace dopadajícího světla podle požadavků. Když dopadající laser ozařuje vzorek, detektor může odděleně sbírat přenosový signál a odrazový signál modulovaný vzorkem, které jsou zesíleny trubicí fotonásobiče. Poté jsou přímo převedeny z analogového na digitální a shromážděny počítačem nebo vloženy do spektrometru prostřednictvím spektroskopického systému pro získání spektrálních informací. Řízení systému, získávání dat, zobrazování obrazu a zpracování dat – to vše jsou prováděny počítači. Z výše uvedeného procesu zobrazování je vidět, že optická mikroskopie v blízkém poli může současně shromažďovat tři typy informací, a to morfologii povrchu vzorku, optické signály v blízkém poli a spektrální signály.
