Vad är skillnaden mellan optisk närfältsmikroskopi och fjärrfältsmikroskopi

Vad är skillnaden mellan optisk närfältsmikroskopi och fjärrfältsmikroskopi

Vad är ett optiskt närfältsmikroskop?
Sedan 1980-talet, med vetenskapens och teknikens framsteg mot småskalig och lågdimensionell rymd, och utvecklingen av scanning probe mikroskopiteknik, har ett nytt tvärvetenskapligt område - närfältsoptik uppstått inom optikområdet. Närfältsoptik har revolutionerat den traditionella optiska upplösningsgränsen. Framväxten av en ny typ av närfältsskannande optiskt mikroskop (NSOM), även känt som SNOM, har utökat människors synfält från halva våglängden av infallande ljus till flera tiotals våglängder, det vill säga nanoskala. Vid optisk närfältsmikroskopi ersätts linsen i traditionella optiska instrument av en liten optisk sond, vars spetsöppning är mycket mindre än ljusets våglängd.

Redan 1928 föreslog Synge att ultrahög upplösning kunde uppnås genom att lysa infallande ljus genom ett litet hål med en öppning på 10 nm på ett prov med ett avstånd på 10 nm, skanna och samla in ljussignaler i mikroregionen i en stegstorlek av 10nm. I denna intuitiva beskrivning har Synge tydligt förutspått huvuddragen hos moderna optiska närfältsmikroskop.

År 1970 tillämpade Ash och Nicholls konceptet närfält för att uppnå tvådimensionell avbildning med en upplösning på K/60 i mikrovågsbandet (K=3cm). År 1983 förberedde BM Zurich Research Center framgångsrikt optiska porer i nanoskala vid spetsarna av metallbelagda kvartskristaller. Använd tunnelström som återkoppling mellan sonden och provet, erhåll en ultrahög optisk upplösningsbild på K/20. Drivkraften för närfältsoptik för att dra till sig mer utbredd uppmärksamhet kommer från AT&T Bell Lab. 1991, Betzig et al. gjorde koniska optiska hål med hög genomströmning med hjälp av optiska fibrer, avsatte tunna metallfilmer på sidan och använde en unik metod för kontroll av skjuvkraftsprobens provavstånd. Detta ökade inte bara fotonflödet med flera storleksordningar, utan gav också en stabil och tillförlitlig kontrollmetod, vilket utlöste en serie studier om högupplöst optisk observation inom olika områden som biologi, kemi, magneto-optiska domäner, lagringsenheter för densitetsinformation och kvantenheter som använder optisk mikroskopi i närfält. Den så kallade närfältsoptiken är relativ till fjärrfältsoptik. Traditionella optiska teorier, såsom geometrisk optik och fysikalisk optik, studerar vanligtvis bara fördelningen av ljusfält långt borta från ljuskällor eller föremål, vanligtvis kallad fjärrfältsoptik. Fjärrfältsoptik har i princip en fjärrfältsdiffraktionsgräns, vilket begränsar minimiupplösningsstorleken och minimimarkeringsstorleken vid användning av fjärrfältsoptikprinciper för mikroskopi och andra optiska tillämpningar. Närfältsoptik studerar fördelningen av ljusfältet inom ett våglängdsområde från en ljuskälla eller ett föremål. Inom området för närfältsoptik är fjärrfältsdiffraktionsgränsen bruten, och upplösningsgränsen är inte längre begränsad i princip och kan vara oändligt liten. Därför, baserat på principerna för närfältsoptik, kan den optiska upplösningen för mikroskopisk avbildning och andra optiska tillämpningar förbättras.

Den optiska upplösningen baserad på optisk närfältsteknik kan nå nanometernivån och bryta igenom diffraktionsgränsen för traditionell optik. Detta kommer att tillhandahålla kraftfulla drift-, mätmetoder och instrumentsystem för många områden av vetenskaplig forskning, särskilt utvecklingen av nanoteknik. För närvarande har närfältsskanning optiska mikroskop och närfältsspektrometrar baserade på dolda fältdetektion tillämpats inom områden som fysik, biologi, kemi och materialvetenskap, och deras tillämpningsområde expanderar ständigt; Andra applikationer baserade på närfältsoptik, såsom nanolitografi och optisk lagring med ultrahög densitet närfält, nanooptiska komponenter och infångning och manipulering av nanoskaliga partiklar, har också uppmärksammats av många forskare.

Förutom att de kallas mikroskop finns det inte många likheter.

För det första, och även den största skillnaden, är upplösningen annorlunda. Fjärrfältsmikroskopi, även känd som traditionell optisk mikroskopi, begränsas av diffraktionsgränsen, vilket gör det svårt att avbilda tydligt i områden som är mindre än ljusets våglängd; Och närfältsmikroskopi kan uppnå tydlig avbildning.

För det andra är principen en annan. Fjärrfältsmikroskopi utnyttjar ljusets reflektion och brytning och kan uppnås genom att kombinera linser; I närområdet behövs sonder för att uppnå förvärvet av optiska signaler genom koppling och omvandling av evanescenta och transmissionsfält.

Även komplexiteten och kostnaderna för instrumenten, etc,