Principiile microscopiei optice în câmpul apropiat
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).
Pe baza principiilor de detectare și imagistică ale câmpurilor neradiative, microscoapele optice în câmp apropiat pot depăși limita de difracție a microscoapelor optice obișnuite și pot efectua imagini optice la scară nanometrică și cercetări spectrale la scară nanometrică la rezoluție optică ultra-înaltă.
Microscoapele optice în câmp apropiat sunt compuse din sonde, dispozitive de transmisie a semnalului, sisteme de control al scanării, procesare a semnalului și sisteme de feedback. Principiul generării și detectării câmpului apropiat: Lumina incidentă iradiază un obiect cu multe structuri minuscule la suprafață. Sub acțiunea câmpului luminos incident, undele reflectate generate de aceste structuri includ unde evanescente limitate la suprafața obiectului și propagate departe. propagarea undelor. Undele evanescente provin din structuri minuscule din obiecte (obiecte mai mici decât lungimea de undă). Unda de propagare provine din structura brută a obiectului (obiecte mai mari decât lungimea de undă), care nu conține nicio informație despre structura fină a obiectului. Dacă un centru de împrăștiere foarte mic este folosit ca nanodetector (cum ar fi o sondă) și este plasat suficient de aproape de suprafața obiectului, unda evanescentă va fi excitată și o va face să emită din nou lumină. Această lumină excitată conține, de asemenea, unde evanescente nedetectabile și unde propagate care se pot propaga în locații îndepărtate pentru detectare. Acest proces finalizează detectarea în câmp apropiat. Conversia dintre câmpul evanescent și câmpul de propagare este liniară, iar câmpul de propagare reflectă cu acuratețe modificările câmpului evanescent. Dacă se folosește un centru de împrăștiere pentru a scana suprafața unui obiect, se poate obține o imagine bidimensională. Conform principiului reciprocității, rolurile sursei de lumină de iluminare și ale nano-detectorului sunt interschimbate, iar sursa de nano-lumină (câmp evanescent) este utilizată pentru iluminarea probei. Datorită efectului de împrăștiere al structurii fine a obiectului asupra câmpului de iluminare, unda evanescentă este transformată într-un semnal care poate fi detectat la distanță. Rezultatele undelor de propagare detectate sunt exact aceleași.
Microscopia optică în câmp apropiat folosește o sondă pentru a scana punct cu punct pe suprafața probei și pentru a o înregistra punct cu punct înainte de imagistica digitală. Figura 1 este diagrama principiului de imagistică a unui microscop optic în câmp apropiat. În figură, metoda de aproximare brută xyz poate ajusta distanța dintre sondă și probă cu o precizie de zeci de nanometri; în timp ce scanarea xy și controlul z pot controla scanarea sondei și urmărirea feedback-ului în direcția z cu o precizie de 1 nm. Laserul incident din figură este introdus în sondă printr-o fibră optică, iar starea de polarizare a luminii incidente poate fi modificată în funcție de cerințe. Când laserul incident iradiază proba, detectorul poate colecta separat semnalul de transmisie și semnalul de reflexie modulat de eșantion, care sunt amplificate de tubul fotomultiplicator și apoi convertite direct din analog în digital și apoi colectate de un computer sau introduse în spectrometru printr-un sistem spectroscopic pentru a obține spectrul. informație. Controlul sistemului, colectarea datelor, afișarea imaginilor și prelucrarea datelor sunt toate realizate de computere. Din procesul de imagistică de mai sus se poate observa că microscoapele optice în câmp apropiat pot colecta trei tipuri de informații în același timp, și anume morfologia suprafeței probei, semnale optice în câmp apropiat și semnale spectrale.
