Princípy optickej mikroskopie v blízkom poli
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).
Na základe princípov detekcie a zobrazovania nežiariacich polí môžu optické mikroskopy v blízkom poli prelomiť difrakčný limit bežných optických mikroskopov a môžu vykonávať optické zobrazovanie v nanometroch a spektrálny výskum v nanometroch pri ultravysokom optickom rozlíšení.
Optické mikroskopy blízkeho poľa sa skladajú zo sond, zariadení na prenos signálu, riadenia skenovania, spracovania signálu a systémov spätnej väzby signálu. Princíp vytvárania a detekcie blízkeho poľa: Dopadajúce svetlo ožaruje objekt s mnohými drobnými štruktúrami na povrchu. Pri pôsobení dopadajúceho svetelného poľa odrazené vlny generované týmito štruktúrami zahŕňajú evanescentné vlny obmedzené na povrch objektu a šíriace sa ďaleko. šíriace sa vlny. Evanescentné vlny pochádzajú z malých štruktúr v objektoch (objekty menšie ako vlnová dĺžka). Šíriaca sa vlna pochádza z hrubej štruktúry objektu (objektov väčších ako je vlnová dĺžka), ktorá neobsahuje žiadnu informáciu o jemnej štruktúre objektu. Ak sa ako nanodetektor (ako je sonda) použije veľmi malé centrum rozptylu a umiestni sa dostatočne blízko k povrchu objektu, evanescentná vlna bude excitovaná a prinúti ju znova vyžarovať svetlo. Toto excitované svetlo tiež obsahuje nedetegovateľné evanescentné vlny a šírené vlny, ktoré sa môžu šíriť do vzdialených miest na detekciu. Tento proces dokončí detekciu blízkeho poľa. Premena medzi evanescentným poľom a šíriacim sa poľom je lineárna a šíriace sa pole presne odráža zmeny v evanescenčnom poli. Ak sa na skenovanie povrchu objektu použije rozptylové centrum, možno získať dvojrozmerný obraz. Podľa princípu reciprocity sú úlohy svetelného zdroja osvetlenia a nanodetektora zamenené a na osvetlenie vzorky sa používa nanozdroj svetla (evanescentné pole). V dôsledku rozptylového efektu jemnej štruktúry objektu na osvetľovacie pole sa evanescentná vlna premení na signál, ktorý je možné detegovať na diaľku. Výsledky zistených šíriacich sa vĺn sú úplne rovnaké.
Optická mikroskopia v blízkom poli využíva sondu na skenovanie bod po bode na povrchu vzorky a záznam bod po bode pred digitálnym zobrazovaním. Obrázok 1 je schéma princípu zobrazovania optického mikroskopu blízkeho poľa. Na obrázku možno metódou hrubého priblíženia xyz upraviť vzdialenosť medzi sondou a vzorkou s presnosťou na desiatky nanometrov; pričom ovládanie xy skenovania a z môže ovládať skenovanie sondy a spätnú väzbu v smere z s presnosťou 1nm. Dopadajúci laser na obrázku je zavedený do sondy cez optické vlákno a stav polarizácie dopadajúceho svetla je možné meniť podľa požiadaviek. Keď dopadajúci laser ožaruje vzorku, detektor môže oddelene zbierať prenosový signál a odrazový signál modulovaný vzorkou, ktoré sú zosilnené trubicou fotonásobiča a potom priamo prevedené z analógového na digitálny a potom zhromaždené počítačom alebo vložené do spektrometrom cez spektroskopický systém na získanie spektra. informácie. Riadenie systému, zber údajov, zobrazovanie obrázkov a spracovanie údajov sú realizované počítačmi. Z vyššie uvedeného procesu zobrazovania je zrejmé, že optické mikroskopy v blízkom poli môžu súčasne zbierať tri typy informácií, a to morfológiu povrchu vzorky, optické signály v blízkom poli a spektrálne signály.
