Prinsipper for optisk mikroskopi i nærfeltet
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).
Basert på deteksjons- og avbildningsprinsippene til ikke-strålende felt, kan nærfelts optiske mikroskoper bryte gjennom diffraksjonsgrensen for vanlige optiske mikroskoper og kan utføre nanoskala optisk avbildning og nanoskala spektral forskning med ultrahøy optisk oppløsning.
Optiske nærfeltsmikroskoper er sammensatt av sonder, signaloverføringsenheter, skannekontroll, signalbehandling og signaltilbakemeldingssystemer. Prinsipp for generering og deteksjon av nærfelt: Innfallende lys bestråler et objekt med mange små strukturer på overflaten. Under påvirkning av det innfallende lysfeltet inkluderer de reflekterte bølgene generert av disse strukturene forsvinnende bølger begrenset til overflaten av objektet og forplantet seg langt unna. forplantende bølger. Evanescerende bølger stammer fra små strukturer i objekter (objekter som er mindre enn bølgelengden). Forplantningsbølgen kommer fra den grove strukturen til objektet (objekter større enn bølgelengden), som ikke inneholder noen informasjon om den fine strukturen til objektet. Hvis et veldig lite spredningssenter brukes som en nanodetektor (som en sonde) og plasseres nærme nok overflaten av objektet, vil den flyktige bølgen bli eksitert og få den til å sende ut lys igjen. Dette begeistrede lyset inneholder også uoppdagelige flyktige bølger og forplantede bølger som kan forplante seg til fjerne steder for deteksjon. Denne prosessen fullfører nærfeltdeteksjon. Konverteringen mellom det flyktige feltet og det flyktige feltet er lineært, og det flyktige feltet reflekterer nøyaktig endringene i det flyktige feltet. Hvis et spredningssenter brukes til å skanne overflaten til et objekt, kan et todimensjonalt bilde oppnås. I henhold til gjensidighetsprinsippet byttes rollene til belysningslyskilden og nano-detektoren, og nano-lyskilden (flyktig felt) brukes til å belyse prøven. På grunn av spredningseffekten av objektets fine struktur på belysningsfeltet, konverteres den flyktige bølgen til et signal som kan detekteres på avstand. Resultatene av de detekterte forplantningsbølgene er nøyaktig de samme.
Optisk nærfeltsmikroskopi bruker en sonde til å skanne punkt for punkt på prøveoverflaten og registrere den punkt for punkt før digital avbildning. Figur 1 er avbildningsprinsippdiagrammet for et nærfelt optisk mikroskop. På figuren kan xyz grov tilnærmingsmetoden justere avstanden mellom sonden og prøven med en nøyaktighet på titalls nanometer; mens xy-skanningen og z-kontrollen kan kontrollere sondeskanningen og tilbakemeldingsoppfølgingen i z-retningen med en nøyaktighet på 1nm. Den innfallende laseren på figuren føres inn i sonden gjennom en optisk fiber, og polarisasjonstilstanden til det innfallende lyset kan endres i henhold til kravene. Når den innfallende laseren bestråler prøven, kan detektoren separat samle overføringssignalet og refleksjonssignalet modulert av prøven, som forsterkes av fotomultiplikatorrøret, og deretter konverteres direkte fra analog til digital og deretter samles inn av en datamaskin eller legges inn i spektrometer gjennom et spektroskopisk system for å få spekteret. informasjon. Systemkontroll, datainnsamling, bildevisning og databehandling utføres av datamaskiner. Det kan sees fra avbildningsprosessen ovenfor at nærfelts optiske mikroskoper kan samle tre typer informasjon samtidig, nemlig overflatemorfologien til prøven, nærfelts optiske signaler og spektrale signaler.
