Kde jsou výhody optického mikroskopu pro blízké pole a mikroskopu pro vzdálené pole?
Co je to mikroskopie blízkého pole?
Od 80. let 20. století, s pokrokem vědy a techniky do malých a nízkorozměrných prostorů a s rozvojem technologie rastrovací sondové mikroskopie, se v oblasti optiky objevil nový interdisciplinární předmět - optika blízkého pole. Optika blízkého pole způsobila revoluci v tradičním limitu optického rozlišení. Vznik nového typu optického mikroskopu v blízkém poli (NSOM – Near-field Scanning Optical Microscope nebo SNOM) rozšířil zorné pole lidí z poloviny vlnové délky dopadajícího světla na několik desetin vlnové délky, tj. nanometrové měřítko. V optické mikroskopii blízkého pole jsou čočky v konvenčních optických přístrojích nahrazeny drobnými optickými sondami se špičkami mnohem menšími, než je vlnová délka světla.
Již v roce 1928 Synge navrhl, že po ozáření dopadajícího světla malým otvorem s aperturou 10nm na vzorek o vzdálenosti 10nm, skenování s velikostí kroku 10nm a sběru optického signálu mikrooblasti je možné pro získání super vysokého rozlišení. V tomto intuitivním popisu Synge jasně předpověděl hlavní rysy moderní optické mikroskopie blízkého pole.
V roce 1970 Ash a Nicholls aplikovali koncept blízkého pole k realizaci dvourozměrného zobrazování s rozlišením K/60 v mikrovlnném pásmu (K=3}cm). V roce 1983 výzkumné centrum BM Zurich úspěšně vyrobilo světelné otvory v nanoměřítku na špičce křemenného krystalu potaženého kovem. Obrazy s ultravysokým optickým rozlišením při K/20 se získávají pomocí tunelovacího proudu jako zpětné vazby pro vzdálenost mezi sondou a vzorkem. Impuls k tomu, aby se optika blízkého pole dostala do širší pozornosti, přišel od AT&T Bell Laboratories. V roce 1991 Betzig a kol. použil optické vlákno k vytvoření zkoseného optického otvoru s vysokým světelným tokem a na boční stranu nanesl kovový film spojený s unikátní metodou úpravy vzdálenosti mezi sondou a vzorkem smykové síly, která nejen zvýšila přenášený tok fotonů. Současně poskytuje stabilní a spolehlivou metodu řízení, která spustila optické pozorování s vysokým rozlišením optické mikroskopie v blízkém poli v různých oblastech, jako je biologie, chemie, magnetooptické domény a zařízení pro ukládání informací s vysokou hustotou, a kvantová zařízení. série studií. Takzvaná optika blízkého pole je relativní k optice vzdáleného pole. Tradiční optické teorie, jako je geometrická optika a fyzikální optika, obvykle studují pouze rozložení světelných polí daleko od světelných zdrojů nebo objektů a jsou obecně označovány jako optika vzdáleného pole. V optice pro vzdálené pole v zásadě existuje limit difrakce vzdáleného pole, který omezuje minimální velikost rozlišení a minimální velikost značky při použití principu optiky vzdáleného pole pro mikroskopii a další optické aplikace. Na druhé straně optika blízkého pole studuje rozložení světelných polí v rozsahu vlnových délek ze světelného zdroje nebo objektu. V oblasti výzkumu optiky blízkého pole je hranice difrakce vzdáleného pole prolomena a limit rozlišení již v zásadě nepodléhá žádným omezením a může být nekonečně malý, takže optické rozlišení mikroskopického zobrazování a jiných optických aplikace lze vylepšit na principu optiky blízkého pole. Hodnotit.
Optické rozlišení založené na technologii blízkého pole může dosáhnout nanometrové úrovně a prolomit limit rozlišení difrakce tradiční optiky, což poskytne výkonné operace, metody měření a přístrojové systémy pro mnoho oblastí vědeckého výzkumu, zejména vývoj nanotechnologií. V současné době se skenovací optické mikroskopy v blízkém poli a spektrometry blízkého pole založené na detekci evanescentního pole uplatňují v oblasti fyziky, biologie, chemie a materiálových věd a rozsah použití se neustále rozšiřuje; zatímco další aplikace založené na optice blízkého pole, jako je nanolitografie a optické ukládání v blízkém poli s ultravysokou hustotou, nanooptické komponenty, zachycování a manipulace s částicemi v nanoměřítku atd. mnoho vědců.
Kromě toho, že se oba nazývají mikroskopy, není mnoho podobností.
Za prvé, největší rozdíl je v tom, že rozlišení je jiné. Mikroskop pro vzdálené pole, tedy tradiční optický mikroskop, je omezen difrakčním limitem. Je obtížné jasně zobrazit v oblastech menších, než je vlnová délka světla; zatímco mikroskop blízkého pole může dosáhnout jasného zobrazení.
Za druhé, princip je jiný. Mikroskop pro vzdálené pole využívá odraz a lom světla atd. a může používat kombinaci čoček; zatímco v blízkém poli je zapotřebí sonda a k dosažení zarovnání světla se používá spojení a konverze evanescentního pole a transmisního pole. získávání signálu.
Také složitost nástroje, náklady atd. nejsou stejné.
