Принцип оптичної мікроскопії ближнього зображення
Оптична мікроскопія ближнього поля, заснована на принципах виявлення та зображення нерадіаційних полів, може подолати дифракційну межу звичайних оптичних мікроскопів і виконувати нанорозмірні оптичні зображення та спектроскопічні дослідження з надвисокою оптичною роздільною здатністю.
Оптичний мікроскоп ближнього поля складається з зонда, пристрою передачі сигналу, контролю сканування, обробки сигналу та системи зворотного зв’язку за сигналом. Принцип генерації та виявлення ближнього поля: коли падаюче світло світить на об’єкт із багатьма крихітними та тонкими структурами на його поверхні, відбиті хвилі, створювані цими тонкими структурами під дією поля падаючого світла, включають гаснучі хвилі, обмежені поверхнею об’єкт і хвилі, що поширюються на відстань. Еванесцентні хвилі походять від тонких структур об’єктів (об’єктів, менших за довжину хвилі). А хвилі, що поширюються, походять від грубих структур об’єкта (об’єктів, більших за довжину хвилі), які не містять жодної інформації про тонкі структури об’єкта. Якщо дуже маленький розсіювальний центр використовувати як нанодетектор (наприклад, зонд) і розташувати його досить близько до поверхні об’єкта, то хвиля, що загасає, буде збуджена, змушуючи її знову випромінювати світло. Світло, створене цим збудженням, також містить хвилі, що не виявляються, і хвилі, що поширюються, які можна виявити на відстані, завершуючи процес виявлення ближнього поля. Перетворення між миттєвим полем і полем розповсюдження є лінійним, і поле розповсюдження точно відображає зміни в миттєвому полі. Якщо сканувати центр розсіювання на поверхні об'єкта, можна отримати двовимірне зображення. За принципом взаємності взаємодія між джерелом світла освітлення та нанодетектором міняється місцями. Для освітлення зразка використовується наноджерело світла (туманне поле). Завдяки розсіювальному ефекту тонкої структури об’єкта на полі освітлення, гаснуча хвиля перетворюється на хвилю, що розповсюджується, яку можна виявити на відстані, і результат повністю такий же.
Оптична мікроскопія ближнього поля — це техніка цифрового зображення, яка передбачає сканування та запис точково зонда на поверхні зразка. На рисунку 1 зображено принципову схему зображення оптичного мікроскопа ближнього поля. Метод грубої апроксимації xyz на малюнку може регулювати відстань між зондом і зразком з точністю до десятків нанометрів; Сканування xy та z-контроль можна використовувати для керування скануванням зонда та відстеженням зворотного зв’язку в z-напрямку з точністю до 1 нм. Падаючий лазер на малюнку вводиться в зонд через оптичне волокно, і стан поляризації падаючого світла можна змінювати відповідно до вимог. Коли падаючий лазер опромінює зразок, детектор може окремо збирати модульований сигнал передачі та сигнал відбиття зразка, посилювати їх за допомогою фотопомножувача, а потім безпосередньо перетворювати їх з аналогового на цифровий і збирати через комп’ютер або вводити в спектрометр. через спектроскопічну систему для отримання спектральної інформації. Контроль системи, збір даних, відображення зображень і обробка даних виконуються комп’ютерами. З наведеного вище процесу зображення видно, що оптична мікроскопія ближнього поля може одночасно збирати три типи інформації, а саме морфологію поверхні зразка, оптичні сигнали ближнього поля та спектральні сигнали.
