Principer för optisk närfältsmikroskopi av optisk närfältsmikroskopi
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).
Optisk närfältsmikroskopi, baserad på principen om icke-strålningsfältsondering och avbildning, kan bryta igenom diffraktionsgränsen som vanliga optiska mikroskop utsätts för, vilket gör att optisk avbildning i nanoskala och spektroskopiska studier i nanoskala kan utföras vid ultra- hög optisk upplösning.
Optiskt närfältsmikroskop består av sond, signalöverföringsenhet, skanningskontroll, signalbehandling och signalåterkopplingssystem. Närfältsgenerering och detekteringsprincip: infallande ljusbestrålning till objektets yta med många små mikrostrukturer, dessa mikrostrukturer i rollen som det infallande ljusfältet, den resulterande reflekterade vågen innehåller en plötslig våg begränsad till objektets yta och fortplantning vågor på avstånd. Plötsliga vågor kommer från de fina strukturerna i föremålet (objekt som är mindre än våglängden). Den fortplantande vågen kommer från objektets grova struktur (objekt större än våglängden) som inte innehåller någon information om objektets fina struktur. Om ett mycket litet spridningscentrum används som en nanodetektor (t.ex. en sond), placeras tillräckligt nära objektets yta för att excitera den snabba vågen, vilket får den att avge ljus igen. Ljuset som produceras av denna excitation innehåller också oupptäckbara snabba vågor och fortplantningsvågor som kan spridas till avlägsna detektioner, och denna process fullbordar detekteringen av närfältet. Övergången mellan det snabba fältet och det fortplantningsfältet är linjärt, och det fortplantande fältet återspeglar exakt förändringarna i det dolda fältet. Om ett spridningscentrum används för att skanna över ytan på ett objekt kan en tvådimensionell bild erhållas. Enligt principen om ömsesidighet växlas rollerna för den bestrålande ljuskällan och nano-detektorn med varandra, och provet bestrålas med en nano-ljuskälla (abrupt fält) och på grund av spridningen av bestrålningsfältet genom objektets fina struktur omvandlas den abrupta vågen till en fortplantningsvåg som kan detekteras på avstånd, och resultatet blir exakt detsamma.
Optisk närfältsmikroskopi består av punkt-för-punkt-skanning och punkt-för-punkt-inspelning med en sond på ytan av provet följt av digital avbildning. Figur 1 visar avbildningsschemat för ett optiskt närfältsmikroskop. I figuren kan xyz grovapproximationsmetoden justera avståndet från sonden till provet med en noggrannhet på tiotals nanometer; medan xy-skanningen och z-kontrollen kan användas med en noggrannhet på 1nm för att styra sondskanningen och z-riktningsåterkopplingen följer. Den infallande lasern, som visas i figuren, förs in i sonden genom en optisk fiber, och polarisationstillståndet för det infallande ljuset kan ändras enligt kraven. När den infallande lasern bestrålar provet, kan detektorn separat samla in transmissions- och reflektionssignalerna som moduleras av provet och förstärks av fotomultiplikatorröret och sedan direkt av analog-till-digital-omvandlaren genom datorinsamlingen eller genom spektroskopisystemet till spektrometern för att få spektral information. Systemkontroll, datainsamling, bildvisning och databearbetning slutförs av datorn. Från ovanstående avbildningsprocess kan det ses att det optiska närfältsmikroskopet samtidigt kan samla in tre typer av information, dvs provets ytmorfologi, den optiska närfältssignalen och den spektrala signalen.
