Принципи ближньої оптичної мікроскопії ближнього поля оптичної мікроскопії
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).
Оптична мікроскопія ближнього поля, заснована на принципі нерадіаційного зондування та зображення поля, здатна подолати дифракційну межу, якій піддаються звичайні оптичні мікроскопи, що дозволяє проводити нанорозмірні оптичні зображення та нанорозмірні спектроскопічні дослідження на ультра- висока оптична роздільна здатність.
Оптичний мікроскоп ближнього поля складається з зонда, пристрою передачі сигналу, системи контролю сканування, обробки сигналу та системи зворотного зв'язку. Генерація ближнього поля та принцип виявлення: падаюче світлове випромінювання на поверхню об’єкта з багатьма крихітними мікроструктурами, ці мікроструктури виконують роль падаючого світлового поля, результуюча відбита хвиля містить раптову хвилю, обмежену поверхнею об’єкта, і поширення хвилі на відстань. Раптові хвилі походять від тонких структур об’єкта (об’єктів, менших за довжину хвилі). Хвиля, що поширюється, походить від грубої структури об’єкта (об’єкти, більші за довжину хвилі), яка не містить жодної інформації про тонку структуру об’єкта. Якщо дуже малий центр розсіювання використовується як нанодетектор (наприклад, зонд), розміщений досить близько до поверхні об’єкта, щоб збудити швидку хвилю, змушуючи її знову випромінювати світло. Світло, створене цим збудженням, також містить невизначені швидкі хвилі та хвилі, що поширюються, які можуть поширюватися на віддалені детекції, і цей процес завершує виявлення ближнього поля. Перехід між швидким полем і полем, що поширюється, є лінійним, і поле, що поширюється, точно відображає зміни в прихованому полі. Якщо використовувати розсіювальний центр для сканування поверхні об’єкта, можна отримати двовимірне зображення. Відповідно до принципу взаємності, ролі джерела випромінюючого світла та нанодетектора міняються між собою, і зразок опромінюється джерелом наносвітла (різке поле), і завдяки розсіюванню поля випромінювання завдяки тонкій структурі об’єкта різка хвиля перетворюється на хвилю, що поширюється, яку можна виявити на відстані, і результат точно такий же.
Оптична мікроскопія ближнього поля складається з поточкового сканування та покрокового запису зондом на поверхні зразка з наступним цифровим зображенням. На малюнку 1 показано схему зображення оптичного мікроскопа ближнього поля. На малюнку метод грубої апроксимації xyz може регулювати відстань від зонда до зразка з точністю до десятків нанометрів; у той час як сканування xy та керування z можуть використовуватися з точністю до 1 нм для керування скануванням зонда та зворотним зв’язком у напрямку z. Падаючий лазер, показаний 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 сигнали передачі та відбиття, модульовані зразком і посилені фотопомножувачем, а потім безпосередньо аналого-цифровим перетворювачем за допомогою комп’ютера або через систему спектроскопії в спектрометр для отримання спектральної інформації. Контроль системи, збір даних, відображення зображень і обробка даних завершуються комп'ютером. З наведеного вище процесу зображення видно, що оптичний мікроскоп ближнього поля може одночасно збирати три типи інформації, тобто морфологію поверхні зразка, оптичний сигнал ближнього поля та спектральний сигнал.
