Konventionelt optisk mikroskop og optisk mikroskop i nærheden af felt
Det optiske mikroskop nær felt er en revolution over konventionelle optiske mikroskoper. Det bruger ikke optiske linser til billeddannelse, men bruger sonde spidsen til at scanne over prøveoverfladen for at få information om prøveoverfladen. Analyserede den fysiske essens af billeddannelsesprincipper mellem traditionelle optiske mikroskoper og optiske mikroskoper i nærheden af felt samt ligheder og forskelle i strukturer i de to mikroskopsystemer. Introducerede fremstillingsmetoden til fiberoptiske sonder. Fokus var på principperne for detektion af nær felt, optiske tunnelingseffekter og egenskaberne ved ikke-strålende felter.
Traditionelle optiske mikroskoper er de ældste medlemmer af mikroskopfamilien med en historie på flere hundrede år. Det plejede at være det eneste middel til at observere små strukturer. Traditionelle optiske mikroskoper bruger hovedsageligt optiske linser til at forstørre eller billedobjekter. Generelt kan en enkelt linse forstørre et objekt flere titusinder af gange, og at bruge en kombination af linser kan næsten forstærke det op til næsten tusind gange. Diffraktionseffekten af lys begrænser muligheden for yderligere forbedring af opløsningen af optiske mikroskoper. Dette er Rayleigh -opløsningsgrænsen.
Oversigt over traditionelle optiske mikroskoper
Traditionelle optiske mikroskoper er sammensat af optiske linser. Ved at anvende brydningsindekset for materialet og krumningen af linsen forstørres det observerede objekt for at opnå dens detaljerede oplysninger. Imidlertid kan forstørrelsen af et optisk mikroskop ikke vilkårligt forøges, da det er begrænset af den optiske diffraktionsgrænse.
Hvor R er afstanden mellem to punkter, er λ bølgelængden af bjælken, N er mediets brydningsindeks, og θ er den halve vinkelåbning af linsen, der opsamler og fokuserer bjælken på detektoren. Den specificerer den afstand, hvorpå to punkter kan skelnes nøjagtigt, som bestemmes af parametrene for billeddannelsessystemet. Ovenstående ulighed indikerer, at der for at forbedre opløsningen (dvs. reducere afstand R) kun er tre måder: (1) Vælg kortere bølgelængder (hvis UV-elektromagnetisk stråling, røntgenstråler eller elektronstråler vælges, vil de være mere effektive). (2) For at forbedre N skal du arbejde med materialer med højt brydningsindeks. Dette er princippet om nedsænkningsmikroskopi, opfundet af Amici i midten af -19 th århundrede. (3) Forøg mikroskopets åbningsvinkel. Elektronmikroskoper bruger elektronstråler i stedet for lysbjælker, hvilket forbedrer opløsningen i høj grad. Det skal bemærkes, at Rayleigh -kriteriet er baseret på antagelsen om forplantningsbølger. Hvis der ikke kan opdages, at ikke -strålende felter kan detekteres, forventes det at undgå Rayleigh -kriteriet og fuldstændigt bryde gennem begrænsningerne i diffraktionsbarrierer.
Princip om optisk mikroskop i nær felt
Vi kan forstå billeddannelsesprocessen som følger: Når en foton eller elektron, der udsendes af en lyskilde, projiceres på et målobjekt, reflekteres og fanges eller modtages af en eller anden detektor (såsom observatørens øjne eller kamera). På grund af det faktum, at banen og antallet af reflekterede partikler er relateret til objektets egenskaber, bærer partikelstråler information om objektets egenskaber. Vi kalder projektionen på et mål et 'billede'. Fysisk er objekter og billeder ekstremt forskellige: genstande er generelt tredimensionelle; Og det er normalt en to-dimensionel projektion af fysiske mængder relateret til strukturen af objektet, fordi optagelsesmediet er to-dimensionelt. Denne fysiske mængde er normalt lysintensitet, da detektorer kun er følsomme over for lysintensitet. Hvis vi erstatter selve objektet med et let felt relateret til objektet, kan vi undersøge forholdet mellem objektfeltet og billedfeltet, det vil sige forholdet mellem intensiteten af objektfeltet og dets intensitet på billedplanet. Det første spørgsmål, der skal besvares, er imidlertid: hvad er forholdet mellem strukturen af et objekt og dets lette felt? I princippet giver Maxwells ligninger en måde at studere dette problem på: Distributionsændringerne af elektronstrøm eller ladningstæthed inde i et objekt under virkningen af et eksternt elektromagnetisk felt; De svingende ladninger og strømme kan forårsage ændringer i det elektromagnetiske felt, så det kan forplantes fra overfladen af et objekt til det ydre rum. I henhold til princippet om kontinuitet synes det logisk at udlede, at fordelingen af ladninger og strømme på overfladen af et objekt kan rekonstrueres fra den rumlige feltfordeling ekstremt tæt på objektet. På grund af det faktum, at fordelingen af ladninger eller strømme kun ændres i ekstremt små afstande (generelt mindre end bølgelængden), antager vi også, at "rumfeltet ekstremt tæt på objektet" kun ændrer sig i så små afstande.
