Princíp optickej mikroskopie blízkeho poľa
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 základe princípov detekcie a zobrazovania nežiariacich polí môžu optické mikroskopy v blízkom poli prelomiť difrakčný limit bežných optických mikroskopov a vykonávať optické zobrazovanie v nanometroch a spektrálny výskum pri ultravysokom optickom rozlíšení.
Optický mikroskop pre blízke pole pozostáva zo sondy, zariadenia na prenos signálu, riadenia skenovania, spracovania signálu a systému spätnej väzby signálu. Princíp generovania a detekcie blízkeho poľa: Dopadajúce svetlo svieti na objekt s mnohými malými a jemnými štruktúrami na povrchu. Tieto jemné štruktúry pod pôsobením dopadajúceho svetelného poľa vytvárajú odrazené vlny vrátane evanescentných vĺn obmedzených na povrch objektu a šírenia vĺn smerom do diaľky. Evanescentné vlny pochádzajú z jemných štruktúr v objektoch (objekty menšie ako vlnová dĺžka). Šíriace sa vlny pochádzajú z hrubých štruktúr v objekte (objektov väčších ako je vlnová dĺžka), ktoré neobsahujú žiadnu informáciu o jemnej štruktúre objektu. Ak sa ako nanodetektor (napríklad sonda) použije veľmi malé centrum rozptylu a umiestni sa dostatočne blízko k povrchu objektu, evanescentná vlna sa vybudí, čo spôsobí, že opäť vyžaruje svetlo. Svetlo generované touto excitáciou zahŕňa aj nedetegovateľné evanescentné vlny a vlny šírenia, ktoré sa môžu šíriť do vzdialenej detekcie, čím sa dokončí proces detekcie blízkeho poľa. Prechod medzi evanescentným poľom a poľom šírenia je lineárny a pole šírenia presne odráža zmeny v latentnom poli. Ak sa na skenovanie povrchu objektu použije rozptylové centrum, možno získať dvojrozmerný obraz. Podľa princípu vzájomnej inverzie dochádza k zámene interakcie medzi zdrojom ožarovacieho svetla a nanodetektorom a vzorka sa ožaruje zdrojom nanosvetla (evanescentné pole). V dôsledku rozptylového efektu jemnej štruktúry objektu v porovnaní s emisným poľom sa evanescentná vlna premení na šíriacu sa vlnu, ktorú možno detegovať na diaľku, pričom výsledky sú úplne identické.
Optická mikroskopia blízkeho poľa je digitálna zobrazovacia technika, ktorá zahŕňa skenovanie a zaznamenávanie sondy bod po bode na povrchu vzorky. Obrázok 1 je schéma princípu zobrazovania optického mikroskopu blízkeho poľa. Hrubá aproximačná metóda xyz na obrázku dokáže upraviť vzdialenosť medzi sondou a vzorkou s presnosťou desiatok nanometrov; Skenovanie xy a ovládanie z môžu ovládať skenovanie sondy a spätnú väzbu v smere z s presnosťou 1 nm. Dopadajúci laser na obrázku je zavedený do sondy cez vláknovú optiku a môže meniť stav polarizácie dopadajúceho svetla podľa požiadaviek. Keď dopadajúci laser ožaruje vzorku, detektor môže oddelene zbierať prenosový signál a odrazový signál modulovaný vzorkou, ktoré sú zosilnené trubicou fotonásobiča. Potom sú priamo prevedené z analógového na digitálne a zhromaždené počítačom alebo vložené do spektrometra cez spektroskopický systém, aby sa získali spektrálne informácie. Riadenie systému, získavanie údajov, zobrazovanie obrázkov a spracovanie údajov sú vykonávané počítačmi. Z vyššie uvedeného procesu zobrazovania je možné vidieť, že optická mikroskopia v blízkom poli môže súčasne zbierať tri typy informácií, a to povrchovú morfológiu vzorky, optické signály v blízkom poli a spektrálne signály.
