Lähikenttäoptisen mikroskopian periaate
Traditional optical microscopes consist of optical lenses that can magnify objects several thousand times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely, as the diffraction limit of light waves will be encountered. The resolution of traditional optical microscopes cannot exceed half of the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as the light source can only distinguish two objects with a distance of 200nm. In practical applications, when λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are made at a distance (>>λ) kohteesta.
Säteilemättömien kenttien havaitsemis- ja kuvantamisperiaatteisiin perustuen lähikenttäoptiset mikroskoopit voivat ylittää tavallisten optisten mikroskooppien diffraktiorajan ja suorittaa nanomittakaavan optista kuvantamista ja spektritutkimusta erittäin korkealla optisella resoluutiolla.
Lähikenttäoptinen mikroskooppi koostuu anturista, signaalinsiirtolaitteesta, skannauksen ohjauksesta, signaalinkäsittelystä ja signaalin takaisinkytkentäjärjestelmästä. Lähikentän generoinnin ja havaitsemisen periaate: Tuleva valo loistaa esineeseen, jonka pinnalla on monia pieniä ja hienoja rakenteita. Nämä hienot rakenteet tuottavat tulevan valokentän vaikutuksesta heijastuneita aaltoja, mukaan lukien kohteen pintaan rajoittuvia vaimenevia aaltoja ja etäisyyttä kohti eteneviä aaltoja. Vaimenevat aallot tulevat esineiden sisällä olevista hienoista rakenteista (aallonpituutta pienemmistä esineistä). Etenevät aallot tulevat kohteen karkeista rakenteista (aallonpituutta suuremmat kohteet), jotka eivät sisällä mitään tietoa kohteen hienorakenteesta. Jos hyvin pientä sirontakeskusta käytetään nanodetektorina (kuten koettimena) ja se sijoitetaan riittävän lähelle kohteen pintaa, häipyvä aalto virittyy, jolloin se lähettää valoa uudelleen. Tämän virityksen tuottama valo sisältää myös havaitsemattomia vaimenevia aaltoja ja etenemisaaltoja, jotka voivat edetä etäilmaisuun, mikä saattaa loppuun lähikentän havaitsemisprosessin. Siirtymä vaimenevan kentän ja etenemiskentän välillä on lineaarinen ja etenemiskenttä heijastaa tarkasti latentin kentän muutoksia. Jos kohteen pinnan skannaamiseen käytetään sirontakeskusta, saadaan kaksiulotteinen kuva. Keskinäisen inversion periaatteen mukaisesti säteilytysvalonlähteen ja nanodetektorin välinen vuorovaikutus vaihdetaan ja näytettä säteilytetään nanovalonlähteellä (evaesenssikenttä). Kohteen hienorakenteen sirontavaikutuksen vuoksi emissiokenttään verrattuna vaimeneva aalto muuttuu eteneväksi aalloksi, joka voidaan havaita kaukaa, ja tulokset ovat täysin identtisiä.
Optinen lähikenttämikroskopia on digitaalinen kuvantamistekniikka, jossa skannataan ja tallennetaan koetin kohta kohdalta näytteen pinnalle. Kuva 1 on lähikenttäoptisen mikroskoopin kuvausperiaatekaavio. Kuvan xyz:n karkea approksimaatiomenetelmä voi säätää anturin ja näytteen välistä etäisyyttä kymmenien nanometrien tarkkuudella; Xy-skannaus ja z-ohjaus voivat ohjata anturin skannausta ja z-suuntaista palautetta 1 nm:n tarkkuudella. Kuvan tuleva laser tuodaan anturin sisään kuituoptiikan kautta ja voi muuttaa tulevan valon polarisaatiotilaa vaatimusten mukaan. Kun tuleva laser säteilyttää näytettä, ilmaisin voi kerätä erikseen näytteen moduloiman lähetyssignaalin ja heijastussignaalin, jotka vahvistetaan valomonistinputkella. Sitten ne muunnetaan suoraan analogisista digitaalisiksi ja kerätään tietokoneella tai syötetään spektrometriin spektroskooppisen järjestelmän kautta spektritietojen saamiseksi. Järjestelmän ohjaus, tiedonkeruu, kuvan näyttö ja tietojenkäsittely suoritetaan tietokoneilla. Yllä olevasta kuvantamisprosessista voidaan nähdä, että lähikenttäoptisella mikroskopialla voidaan samanaikaisesti kerätä kolmen tyyppistä tietoa, nimittäin näytteen pintamorfologiaa, lähikenttäoptisia signaaleja ja spektrisignaaleja.
