Microscop optic convențional și microscop optic aproape de câmp
Microscopul optic din câmpul apropiat este o revoluție asupra microscopurilor optice convenționale. Nu folosește lentile optice pentru imagistică, ci folosește vârful sondei pentru a scana deasupra suprafeței eșantionului pentru a obține informații despre suprafața eșantionului. A analizat esența fizică a principiilor imagistice între microscopele optice tradiționale și microscopele optice aproape de câmp, precum și asemănările și diferențele în structurile celor două sisteme de microscop. A introdus metoda de fabricație a sondelor cu fibră optică. Accentul a fost pus pe principiile de detectare a câmpului aproape, efecte de tunel optic și proprietățile câmpurilor non-radiative.
Microscopele optice tradiționale sunt cei mai vechi membri ai familiei microscopului, cu un istoric de câteva sute de ani. A fost singurul mijloc de observare a structurilor mici. Microscopele optice tradiționale folosesc în principal lentile optice pentru a mări sau imaginea obiectelor. În general, o singură lentilă poate mări un obiect de mai multe zeci de ori, iar utilizarea unei combinații de lentile poate aproape să -l mărească de aproape o mie de ori. Efectul de difracție al luminii limitează posibilitatea de a îmbunătăți în continuare rezoluția microscopelor optice. Aceasta este limita de rezoluție Rayleigh.
Prezentare generală a microscopurilor optice tradiționale
Microscopele optice tradiționale sunt compuse din lentile optice. Prin utilizarea indicelui de refracție al materialului și curbura lentilei, obiectul observat este mărit pentru a obține informațiile sale detaliate. Cu toate acestea, mărirea unui microscop optic nu poate fi crescută în mod arbitrar, deoarece este limitată de limita de difracție optică.
În cazul în care R este distanța dintre două puncte, λ este lungimea de undă a fasciculului, n este indicele de refracție al mediului, iar θ este deschiderea pe jumătate unghiulară a obiectivului care colectează și concentrează fasciculul pe detector. Specifică distanța la care se pot distinge două puncte, ceea ce este determinat de parametrii sistemului de imagistică. Inegalitatea de mai sus indică faptul că, pentru a îmbunătăți rezoluția (adică reducerea distanței r), există doar trei moduri: (1) Alegeți lungimi de undă mai scurte (dacă sunt alese radiații electromagnetice UV, raze X sau grinzi de electroni, acestea vor fi mai eficiente). (2) Pentru a îmbunătăți N, lucrați cu materiale cu un indice de refracție ridicat. Acesta este principiul microscopiei de imersiune, inventat de Amici în mijlocul -19 secolul al treilea. (3) Creșteți unghiul de deschidere al microscopului. Microscopele electronice folosesc grinzi de electroni în loc de grinzi ușoare, îmbunătățind foarte mult rezoluția. Trebuie menționat că criteriul Rayleigh se bazează pe presupunerea de propagare a undelor. Dacă se pot detecta câmpuri non -radiative, este de așteptat să evite criteriul Rayleigh și să se rupă complet prin limitările barierelor de difracție.
Principiul microscopului optic aproape de câmp
Putem înțelege procesul de imagistică după cum urmează: Când un foton sau un electron emis de o sursă de lumină este proiectat pe un obiect țintă, acesta este reflectat și capturat sau primit de un detector (cum ar fi ochii sau camera observatorului). Datorită faptului că traiectoria și numărul de particule reflectate sunt legate de proprietățile obiectului, fascicule de particule poartă informații despre caracteristicile obiectului. Numim proiecția pe o țintă o „imagine”. Fizic, obiectele și imaginile sunt extrem de diferite: obiectele sunt în general tridimensionale; Și este de obicei o proiecție bidimensională a cantităților fizice legate de structura obiectului, deoarece mediul de înregistrare este bidimensional. Această cantitate fizică este de obicei intensitate a luminii, deoarece detectoarele sunt sensibile doar la intensitatea luminii. Dacă înlocuim obiectul în sine cu un câmp ușor legat de obiect, putem studia relația dintre câmpul obiect și câmpul de imagine, adică relația dintre intensitatea câmpului obiect și intensitatea acestuia pe planul imaginii. Cu toate acestea, prima întrebare la care trebuie să răspundă este: Care este relația dintre structura unui obiect și câmpul său de lumină? În principiu, ecuațiile lui Maxwell oferă o modalitate de a studia această problemă: schimbările de distribuție ale curentului de electroni sau densitatea de încărcare în interiorul unui obiect sub acțiunea unui câmp electromagnetic extern; Sarcinile și curenții oscilante pot provoca modificări în câmpul electromagnetic, permițându -i să se propage de pe suprafața unui obiect în spațiul extern. Conform principiului continuității, pare logic să deducem că distribuția sarcinilor și a curenților pe suprafața unui obiect poate fi reconstruită din distribuția câmpului spațial extrem de aproape de obiect. Datorită faptului că distribuția sarcinilor sau a curenților se schimbă doar la distanțe extrem de mici (în general mai puțin decât lungimea de undă), presupunem, de asemenea, că „câmpul spațial extrem de aproape de obiect” se schimbă doar la distanțe atât de mici.
