Princippet om nærfelts optisk mikroskopi
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) fra objektet.
Baseret på detekterings- og billeddannelsesprincipperne for ikke-strålende felter kan nærfelts optiske mikroskoper bryde gennem diffraktionsgrænsen for almindelige optiske mikroskoper og udføre optisk billeddannelse og spektralforskning i nanoskala ved ultrahøj optisk opløsning.
Det nærfelts optiske mikroskop består af en sonde, signaltransmissionsenhed, scanningskontrol, signalbehandling og signalfeedbacksystem. Princippet om generering og detektion af nærfelter: Det indfaldende lys skinner på en genstand med mange små og fine strukturer på overfladen. Disse fine strukturer, under påvirkning af det indfaldende lysfelt, frembringer reflekterede bølger, herunder flygtige bølger begrænset til objektets overflade og udbredte bølger mod afstanden. Evanescerende bølger kommer fra fine strukturer i objekter (objekter, der er mindre end bølgelængden). De udbredte bølger kommer fra de ru strukturer i objektet (objekter større end bølgelængden), som ikke indeholder nogen information om objektets fine struktur. Hvis et meget lille spredningscenter bruges som nanodetektor (såsom en sonde) og placeres tæt nok på objektets overflade, exciteres den flygtige bølge, hvilket får den til at udsende lys igen. Lyset, der genereres af denne excitation, inkluderer også uopdagelige forsvindende bølger og udbredelsesbølger, der kan forplante sig til fjerndetektion, hvilket fuldender nærfeltsdetektionsprocessen. Overgangen mellem det evanescerende felt og udbredelsesfeltet er lineært, og udbredelsesfeltet afspejler nøjagtigt ændringerne i det latente felt. Hvis et spredningscenter bruges til at scanne overfladen af et objekt, kan et todimensionalt billede opnås. Ifølge princippet om gensidig inversion ombyttes interaktionen mellem bestrålingslyskilden og nanodetektoren, og prøven bestråles med en nanolyskilde (evanescent felt). På grund af spredningseffekten af objektets fine struktur sammenlignet med emissionsfeltet, omdannes den flygtige bølge til en udbredende bølge, der kan detekteres på afstand, og resultaterne er fuldstændig identiske.
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 tilnærmelsesmetode for xyz i figuren kan justere afstanden mellem sonden og prøven med en nøjagtighed på titusinder af nanometer; xy-scanningen og z-kontrollen kan styre sondescanningen og z-retningsfeedback med en nøjagtighed på 1nm. Den indfaldende laser på figuren indføres i sonden gennem en fiberoptik og kan ændre polarisationstilstanden for det indfaldende lys i henhold til kravene. Når den indfaldende laser bestråler prøven, kan detektoren separat opsamle transmissionssignalet og reflektionssignalet moduleret af prøven, som forstærkes af et fotomultiplikatorrør. Derefter konverteres de direkte fra analog til digital og indsamles af en computer eller indtastes i et spektrometer 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.
