Princípy optickej mikroskopie blízkeho poľa optickej mikroskopie blízkeho poľa
The traditional optical microscope consists of optical lenses that can magnify an object up to thousands of times to observe the details. Due to the diffraction effect of light waves, an infinite increase in magnification is not possible because the obstacle of the diffraction limit of light waves will be encountered, and the resolution of the traditional optical microscope cannot be more than half of the wavelength of light. For example, with a wavelength of λ = 400nm of green light as a light source, can only distinguish between two objects that are 200nm apart. In practice λ>400nm, the resolution is somewhat lower. This is due to the fact that optical observation in general is made at a great distance from the object (>>λ).
Optická mikroskopia v blízkom poli, založená na princípe sondovania a zobrazovania neradiačného poľa, je schopná prelomiť difrakčný limit, ktorému sú vystavené bežné optické mikroskopy, čo umožňuje vykonávať optické zobrazovanie v nanometroch a spektroskopické štúdie nanometrov v ultra- vysoké optické rozlíšenie.
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: ožiarenie dopadajúceho svetla na povrch objektu s mnohými drobnými mikroštruktúrami, tieto mikroštruktúry v úlohe dopadajúceho svetelného poľa, výsledná odrazená vlna obsahuje náhlu vlnu obmedzenú na povrch objektu a šírenie vlny do diaľky. Náhle vlny pochádzajú z jemných štruktúr v objekte (objekty menšie ako vlnová dĺžka). Šíriaca sa vlna pochádza z hrubej štruktúry objektu (objekty väčšie ako vlnová dĺžka), ktorá neobsahuje žiadnu informáciu o jemnej štruktúre objektu. Ak sa ako nanodetektor (napr. sonda) použije veľmi malé rozptylové centrum (napr. sonda), umiestnené dostatočne blízko k povrchu objektu na vybudenie rýchlej vlny, ktorá spôsobí opätovné vyžarovanie svetla. Svetlo produkované touto excitáciou tiež obsahuje nedetegovateľné rýchle vlny a šíriace sa vlny, ktoré sa môžu šíriť do vzdialených detekcií, a tento proces dokončí detekciu blízkeho poľa. Prechod medzi rýchlym poľom a šíriacim sa poľom je lineárny a šíriace sa pole presne odráža zmeny v skrytom poli. Ak sa na skenovanie povrchu objektu použije centrum rozptylu, možno získať dvojrozmerný obraz. Podľa princípu reciprocity sa úlohy ožarujúceho svetelného zdroja a nanodetektora navzájom zamieňajú a vzorka sa ožaruje nanosvetelným zdrojom (náhle pole) a v dôsledku rozptylu ožarujúceho poľa jemnou štruktúrou predmetu sa prudká vlna premení na šíriacu sa vlnu, ktorú možno detekovať na diaľku a výsledok je úplne rovnaký.
Optická mikroskopia v blízkom poli pozostáva z bodového skenovania a bodového záznamu pomocou sondy na povrchu vzorky, po ktorom nasleduje digitálne zobrazovanie. Obrázok 1 zobrazuje schému zobrazovania optického mikroskopu blízkeho poľa. Na obrázku možno metódou hrubej aproximácie xyz upraviť vzdialenosť od sondy k vzorke s presnosťou na desiatky nanometrov; pričom ovládanie xy skenovania a z možno použiť s presnosťou 1 nm na ovládanie skenovania sondy a spätnej väzby smeru z. Dopadajúci laser, znázornený 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 zhromažďovať prenosové a odrazové signály modulované vzorkou a zosilnené trubicou fotonásobiča a potom priamo analógovo-digitálnym prevodníkom cez počítačovú akvizíciu alebo cez spektroskopický systém do spektrometer na získanie spektrálnych informácií. Riadenie systému, zber údajov, zobrazovanie obrazu a spracovanie údajov vykonáva počítač. Z vyššie uvedeného procesu zobrazovania je možné vidieť, že optický mikroskop do blízkeho poľa môže súčasne zbierať tri typy informácií, tj povrchovú morfológiu vzorky, optický signál blízkeho poľa a spektrálny signál.
