Princippet for nærbillede optisk mikroskopi
Optisk nærfeltsmikroskopi, baseret på detektions- og billeddannelsesprincipperne for ikke-strålende felter, kan bryde gennem diffraktionsgrænsen for almindelige optiske mikroskoper og udføre optisk billeddannelse og spektroskopi i nanoskala med ultrahøj optisk opløsning.
Et optisk nærfeltsmikroskop består af en sonde, signaltransmissionsenhed, scanningskontrol, signalbehandling og signalfeedbacksystem. Princip for generering og detektion af nærfelt: Når indfaldende lys skinner på et objekt med mange små og fine strukturer på overfladen, omfatter de reflekterede bølger, der genereres af disse fine strukturer under påvirkningen af det indfaldende lysfelt, flygtige bølger begrænset til overfladen af objektet og udbredende bølger, der forplanter sig til en afstand. Evanescerende bølger kommer fra subtile strukturer i objekter (objekter, der er mindre end bølgelængden). Og de udbredte bølger kommer fra de ru strukturer i objektet (objekter større end bølgelængden), som ikke indeholder nogen information om objektets subtile strukturer. Hvis et meget lille spredningscenter bruges som en nanodetektor (såsom en sonde) og placeres tæt nok på overfladen af et objekt, vil den flygtige bølge blive exciteret, hvilket får den til at udsende lys igen. Lyset, der genereres af denne excitation, indeholder også uopdagelige flygtige bølger og udbredte bølger, der kan detekteres på afstand, hvilket fuldender nærfeltsdetektionsprocessen. Konverteringen mellem det flygtige felt og udbredelsesfeltet er lineært, og udbredelsesfeltet afspejler nøjagtigt ændringerne i det flygtige felt. Hvis et spredningscenter scannes på overfladen af et objekt, kan et todimensionalt billede opnås. I henhold til gensidighedsprincippet ombyttes samspillet mellem belysningslyskilden og nano-detektoren. En nano lyskilde (evanescent felt) bruges til at belyse prøven. På grund af spredningseffekten af objektets fine struktur på belysningsfeltet, omdannes den flygtige bølge til en udbredende bølge, der kan detekteres på afstand, og resultatet er fuldstændig det samme.
Optisk nærfeltsmikroskopi er en digital billeddannelsesteknik, der involverer scanning og registrering af en sonde punkt for punkt på overfladen af en prøve. Figur 1 er et billeddannende principdiagram af et optisk nærfeltsmikroskop. Den grove xyz-tilnærmelsesmetode i figuren kan justere afstanden mellem sonden og prøven med en nøjagtighed på titusinder af nanometer; Og xy-scanning og z-kontrol kan bruges til at styre sondescanning og feedbacksporing i z-retningen med en præcision på 1nm. Den indfaldende laser på figuren indføres i sonden gennem en optisk fiber, og polarisationstilstanden af det indfaldende lys kan ændres efter behov. Når den indfaldende laser bestråler prøven, kan detektoren separat indsamle det modulerede transmissionssignal og reflektionssignalet fra prøven, forstærke dem med et fotomultiplikatorrør og derefter direkte konvertere dem fra analog til digital og opsamle dem gennem en computer eller gå ind i spektrometeret gennem et spektroskopisk system for at opnå spektral information. Systemkontrol, dataindsamling, billedvisning og databehandling udføres alle af computere. Fra ovenstående billeddannelsesproces kan det ses, at nærfelts optisk mikroskopi samtidigt kan indsamle tre typer information, nemlig prøvens overflademorfologi, nærfelts optiske signaler og spektrale signaler.
