Mitkä ovat lähikenttäoptisen mikroskoopin ja kaukokenttämikroskoopin edut?
Mikä on lähikenttäoptinen mikroskopia?
1980-luvulta lähtien, kun tiede ja teknologia ovat kehittyneet pienimuotoisiin ja pieniulotteisiin tiloihin sekä pyyhkäisykoettimikroskooppiteknologian kehittymiseen, optiikan alalle on syntynyt uusi monitieteinen aihe - lähikenttäoptiikka. Lähikenttäoptiikka on mullistanut perinteisen optisen resoluution rajan. Uuden tyyppisen lähikenttäoptisen mikroskoopin (NSOM – Near-field Scanning Optical Microscope tai SNOM) ilmaantuminen on laajentanut ihmisten näkökenttää puolesta tulevan valon aallonpituudesta muutamaan kymmenesosaan aallonpituudesta, eli nanometrin mittakaavassa. Lähikenttäoptisessa mikroskopiassa perinteisten optisten instrumenttien linssit korvataan pienillä optisilla antureilla, joiden kärjen aukot ovat paljon pienempiä kuin valon aallonpituus.
Synge ehdotti jo vuonna 1928, että kun tuleva valo on säteilytetty pienen reiän läpi, jonka aukko on 10 nm, näytteeseen, jonka etäisyys on 10 nm, skannauksen askelkoolla 10 nm ja keräämällä mikroalueen optinen signaali, on mahdollista. saadaksesi erittäin korkean resoluution. Tässä intuitiivisessa kuvauksessa Synge on selvästi ennustanut nykyaikaisen lähikenttäoptisen mikroskopian pääpiirteet.
Vuonna 1970 Ash ja Nicholls käyttivät lähikentän käsitettä toteuttaakseen kaksiulotteisen kuvantamisen K/60 resoluutiolla mikroaaltokaistalla (K=3cm). Vuonna 1983 BM Zurich Research Center valmisti onnistuneesti nanomittakaavan valoreikiä metallipinnoitetun kvartsikiteen kärkeen. Ultrakorkean optisen resoluution kuvat K/20:ssa saadaan käyttämällä tunnelointivirtaa takaisinkytkentänä anturin ja näytteen väliselle etäisyydelle. AT&T Bell Laboratories antoi sysäyksen tuoda lähikenttäoptiikka laajemmalle huomiolle. Vuonna 1991 Betzig et ai. käytti optista kuitua kapenevan optisen reiän tekemiseen suurella valovirralla ja asetti metallikalvon sivulle yhdistettynä ainutlaatuiseen leikkausvoiman mittapään ja näytteen välisen säätömenetelmään, joka ei vain lisännyt lähetettyä fotonivirtaa. Samalla se tarjoaa vakaan ja luotettavan ohjausmenetelmän, joka on käynnistänyt lähikenttäoptisen mikroskopian korkearesoluutioisen optisen havainnoinnin eri aloilla, kuten biologiassa, kemiassa, magneto-optisissa domeeneissa ja suuritiheyksisissä tiedontallennuslaitteissa, ja kvanttilaitteet. tutkimussarja. Ns. lähikenttäoptiikka on suhteessa kaukokenttäoptiikkaan. Perinteiset optiset teoriat, kuten geometrinen optiikka ja fyysinen optiikka, tutkivat yleensä vain valokenttien jakautumista kaukana valonlähteistä tai esineistä, ja niitä kutsutaan yleisesti kaukokenttäoptiikaksi. Periaatteessa kaukokenttäoptiikassa on kaukokentän diffraktioraja, joka rajoittaa vähimmäisresoluutiokokoa ja minimimerkin kokoa käytettäessä kaukokenttäoptiikan periaatetta mikroskopiassa ja muissa optisissa sovelluksissa. Lähikenttäoptiikka puolestaan tutkii valokenttien jakautumista aallonpituusalueella valonlähteestä tai kohteesta. Lähikenttäoptiikan tutkimuksen alalla kaukokentän diffraktioraja on rikottu, eikä resoluutioraja ole enää periaatteessa rajoitusten alainen, ja se voi olla äärettömän pieni, joten mikroskooppisen kuvantamisen ja muun optisen kuvan optinen resoluutio sovelluksia voidaan parantaa lähikenttäoptiikan periaatteella. Rate.
Lähikenttäoptiseen teknologiaan perustuva optinen resoluutio voi saavuttaa nanometrin tason murtaen perinteisen optiikan resoluution diffraktiorajan, mikä tarjoaa tehokkaita operaatioita, mittausmenetelmiä ja instrumenttijärjestelmiä monille tieteellisen tutkimuksen aloille, erityisesti nanoteknologian kehitykselle. Tällä hetkellä lähikenttäpyyhkäisyoptisia mikroskooppeja ja häipyvän kentän havaitsemiseen perustuvia lähikenttäspektrometrejä on sovellettu fysiikan, biologian, kemian ja materiaalitieteen aloilla, ja käyttöalue laajenee jatkuvasti; kun taas muut lähikenttäoptiikkaan perustuvat sovellukset, kuten nanolitografia ja ultrasuuritiheyksinen lähikenttäoptinen tallennus, nanooptiset komponentit, nanomittakaavan hiukkasten sieppaus ja käsittely jne., ovat myös herättäneet huomiota monet tiedemiehet.
Sen lisäksi, että niitä molempia kutsutaan mikroskooppeiksi, niissä ei ole paljon yhtäläisyyksiä.
Ensinnäkin suurin ero on se, että resoluutio on erilainen. Kaukokenttämikroskooppia, toisin sanoen perinteistä optista mikroskooppia, rajoittaa diffraktioraja. Valon aallonpituutta pienempiä alueita on vaikea kuvata selkeästi; kun taas lähikenttämikroskoopilla voidaan saada selkeä kuva.
Toiseksi periaate on erilainen. Kaukokenttämikroskooppi käyttää valon heijastusta ja taittumista jne. ja voi käyttää linssien yhdistelmää; kun taas lähikentässä tarvitaan koetinta, ja vaimenevan kentän ja transmissiokentän kytkentää ja muuntamista käytetään valon kohdistuksen saavuttamiseen. signaalin hankinta.
Myös instrumentin monimutkaisuus, kustannukset jne. eivät ole sama asia.
