Principer för optisk mikroskopi i närområdet
Traditional optical microscopes are composed of optical lenses that can magnify objects to thousands of times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely because it will encounter the obstacle of the diffraction limit of light waves. Traditional optics The resolution of a microscope cannot exceed half the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as a light source, it can only distinguish two objects that are 200nm apart. In practical applications, λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are performed far away from the object (>>λ).
Baserat på detektions- och avbildningsprinciperna för icke-strålningsfält, kan optiska närfältsmikroskop bryta igenom diffraktionsgränsen för vanliga optiska mikroskop och kan utföra optisk avbildning i nanoskala och spektralforskning i nanoskala med ultrahög optisk upplösning.
Optiska närfältsmikroskop är sammansatta av sonder, signalöverföringsanordningar, skanningskontroll, signalbehandling och signalåterkopplingssystem. Princip för närfältsgenerering och detektering: Infallande ljus bestrålar ett föremål med många små strukturer på ytan. Under verkan av det infallande ljusfältet inkluderar de reflekterade vågorna som genereras av dessa strukturer försvinnande vågor som är begränsade till objektets yta och fortplantar sig långt bort. utbredningsvågor. Evanescenta vågor härrör från små strukturer i objekt (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 (som en sond) och placeras tillräckligt nära objektets yta, kommer den evanescenta vågen att exciteras och få den att avge ljus igen. Detta exciterade ljus innehåller också oupptäckbara evanescenta vågor och fortplantade vågor som kan fortplanta sig till avlägsna platser för detektion. Denna process slutför närfältsdetektering. Omvandlingen mellan det evanescenta fältet och det evanescenta fältet är linjärt, och det evanescenta fältet återspeglar exakt förändringarna i det evanescenta fältet. Om ett spridningscentrum används för att skanna ytan på ett objekt kan en tvådimensionell bild erhållas. Enligt principen om ömsesidighet byts rollerna för belysningsljuskällan och nano-detektorn, och nano-ljuskällan (flyktigt fält) används för att belysa provet. På grund av spridningseffekten av objektets fina struktur på belysningsfältet omvandlas den evanescenta vågen till en signal som kan detekteras på avstånd. Resultaten av de detekterade utbredningsvågorna är exakt desamma.
Optisk närfältsmikroskopi använder en sond för att skanna punkt för punkt på provytan och registrera den punkt för punkt före digital avbildning. Figur 1 är principdiagrammet för ett närfältsmikroskop. I figuren kan den grova approximationsmetoden xyz justera avståndet mellan sonden och provet med en noggrannhet på tiotals nanometer; medan xy-skanningen och z-kontrollen kan styra sondskanningen och återkopplingsuppföljningen i z-riktningen med en noggrannhet på 1nm. Den infallande lasern i figuren införs 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 överföringssignalen och reflektionssignalen som moduleras av provet, vilka förstärks av fotomultiplikatorröret och sedan direkt omvandlas från analogt till digitalt och sedan samlas in av en dator eller matas in i spektrometer genom ett spektroskopiskt system för att erhålla spektrumet. information. Systemkontroll, datainsamling, bildvisning och databehandling utförs av datorer. Det kan ses från ovanstående avbildningsprocess att optiska närfältsmikroskop kan samla in tre typer av information samtidigt, nämligen provets ytmorfologi, optiska närfältssignaler och spektralsignaler.
