Чим відрізняється оптичний мікроскоп від мікроскопа далекого поля
Що таке оптична мікроскопія ближнього поля?
Починаючи з 1980-х років, з поступом науки і техніки до малих і низькорозмірних просторів і розвитком технології скануючої зондової мікроскопії, в області оптики з’явився новий міждисциплінарний предмет – оптика ближнього поля. Оптика ближнього поля революціонізувала традиційну оптичну роздільну здатність. Поява нового типу оптичного мікроскопа ближнього поля (NSOM — скануючий оптичний мікроскоп ближнього поля, або SNOM) розширила поле зору людей з половини довжини хвилі падаючого світла до кількох десятих довжини хвилі, тобто нанометровий масштаб. В оптичній мікроскопії ближнього поля лінзи в звичайних оптичних інструментах замінюють крихітними оптичними зондами з отворами на кінчиках, набагато меншими за довжину хвилі світла.
Ще в 1928 році Synge запропонував, що після опромінення падаючого світла через невеликий отвір з апертурою 10 нм на зразок з відстанню 10 нм, сканування з розміром кроку 10 нм і збору оптичного сигналу мікрообласті, можливо щоб отримати надвисоку роздільну здатність. У цьому інтуїтивно зрозумілому описі Сінг чітко передбачив основні особливості сучасної оптичної мікроскопії ближнього поля.
У 1970 році Еш і Ніколлс застосували концепцію ближнього поля для реалізації двовимірного зображення з роздільною здатністю К/60 у мікрохвильовому діапазоні (К=3см). У 1983 році дослідницький центр BM Zurich успішно виготовив нанорозмірні світлові отвори на кінчику кристала кварцу з металевим покриттям. Зображення з надвисокою оптичною роздільною здатністю при K/20 отримують за допомогою тунельного струму як зворотного зв’язку для відстані між зондом і зразком. Поштовх до привернення ширшої уваги до оптики ближнього поля надійшов від AT&T Bell Laboratories. У 1991 році Betzig та ін. використав оптичне волокно для створення конічного оптичного отвору з високим світловим потоком і наклав металеву плівку збоку в поєднанні з унікальним методом регулювання відстані між зондом і зразком, який не тільки збільшив потік переданих фотонів. У той же час він забезпечує стабільний і надійний метод контролю, який запустив оптичне спостереження високої роздільної здатності за допомогою оптичної мікроскопії ближнього поля в різних областях, таких як біологія, хімія, магнітооптичні області та пристрої зберігання інформації високої щільності, і квантові пристрої. серії досліджень. Так звана оптика ближнього поля відноситься до оптики далекого поля. Традиційні оптичні теорії, такі як геометрична оптика та фізична оптика, зазвичай вивчають лише розподіл світлових полів далеко від джерел світла чи об’єктів, і зазвичай називають оптикою далекого поля. В принципі, в оптиці далекого поля існує межа дифракції далекого поля, яка обмежує мінімальний розмір роздільної здатності та мінімальний розмір позначки при використанні принципу оптики далекого поля для мікроскопії та інших оптичних застосувань. З іншого боку, оптика ближнього поля вивчає розподіл світлових полів у діапазоні довжин хвиль від джерела світла або об’єкта. У галузі досліджень оптики ближнього поля дифракційна межа дальнього поля порушена, а межа роздільної здатності більше не підлягає жодним обмеженням у принципі та може бути нескінченно малою, так що оптична роздільна здатність мікроскопічних зображень та інших оптичних програми можна вдосконалити на основі принципу оптики ближнього поля. Оцінка.
Оптична роздільна здатність, заснована на оптичних технологіях ближнього поля, може досягти нанометрового рівня, подолавши дифракційну межу роздільної здатності традиційної оптики, що забезпечить потужні операції, методи вимірювання та системи приладів для багатьох галузей наукових досліджень, особливо розвитку нанотехнологій. В даний час скануючі оптичні мікроскопи ближнього поля та спектрометри ближнього поля, засновані на детектуванні минущого поля, застосовуються в галузях фізики, біології, хімії та матеріалознавства, і сфера застосування постійно розширюється; в той час як інші програми, засновані на оптиці ближнього поля, такі як нанолітографія та оптичне зберігання ближнього поля надвисокої щільності, нанооптичні компоненти, захоплення та маніпулювання нанорозмірними частинками тощо, також привернули увагу багато вчених.
Окрім того факту, що вони обидва називаються мікроскопами, між ними не так багато подібностей.
По-перше, найбільша різниця полягає в тому, що роздільна здатність інша. Мікроскоп далекого поля, тобто традиційний оптичний мікроскоп, обмежений межею дифракції. Важко отримати чітке зображення в областях, менших за довжину хвилі світла; тоді як мікроскоп ближнього поля може отримати чітке зображення.
По-друге, принцип інший. Мікроскоп далекого поля використовує відбивання та заломлення світла тощо, а також може використовувати комбінацію лінз; у той час як у ближньому полі потрібен зонд, і для досягнення вирівнювання світла використовується зв’язок і перетворення мінливого поля та поля пропускання. отримання сигналу.
Крім того, складність інструменту, вартість тощо не є однаковими.
