Principiul microscopiei optice în câmp apropiat
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) din obiect.
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 rezoluție optică ultra-înaltă.
Microscopul optic în câmp apropiat constă dintr-o sondă, dispozitiv de transmisie a semnalului, control de scanare, procesare a semnalului și sistem de feedback al semnalului. Principiul generării și detectării câmpului apropiat: Lumina incidentă strălucește asupra unui obiect cu multe structuri mici și fine la suprafață. Aceste structuri fine, sub acțiunea câmpului luminos incident, produc unde reflectate inclusiv unde evanescente limitate la suprafața obiectului și unde se propagă spre distanță. Undele evanescente provin din structuri fine din interiorul obiectelor (obiecte mai mici decât lungimea de undă). Undele care se propagă provin din structurile brute din obiect (obiecte mai mari decât lungimea de undă), care nu conțin nicio informație despre structura fină a obiectului. Dacă un centru de împrăștiere foarte mic este folosit ca nanodetector (cum ar fi o sondă) și plasat suficient de aproape de suprafața obiectului, unda evanescentă este excitată, determinând-o să emită din nou lumină. Lumina generată de această excitație include, de asemenea, unde evanescente nedetectabile și unde de propagare care se pot propaga la detecția la distanță, completând procesul de detectare în câmp apropiat. Tranziția dintre câmpul evanescent și câmpul de propagare este liniară, iar câmpul de propagare reflectă cu acuratețe modificările câmpului latent. Dacă se folosește un centru de împrăștiere pentru a scana suprafața unui obiect, se poate obține o imagine bidimensională. Conform principiului inversării reciproce, interacțiunea dintre sursa de lumină de iradiere și nanodetectorul este schimbată, iar proba este iradiată cu o sursă de nanolumină (câmp evanescent). Datorită efectului de împrăștiere al structurii fine a obiectului în comparație cu câmpul de emisie, unda evanescentă este convertită într-o undă de propagare care poate fi detectată la distanță, iar rezultatele sunt complet identice.
Microscopia optică aproape pe câmp este o tehnică de imagistică digitală care implică scanarea și înregistrarea unui punct de sondă cu punctul pe suprafața unei eșantioane. Figura 1 este o diagramă de principiu de imagistică a unui microscop optic în câmp apropiat. Metoda de aproximare aspră a XYZ din figură poate regla distanța dintre sondă și probă cu o precizie de zeci de nanometri; Scanarea xy și controlul z pot controla scanarea sondei și feedback-ul în direcția z cu o precizie de 1 nm. Laserul incident din figură este introdus în sondă printr -o fibră optică și poate schimba starea de polarizare a luminii incidente în conformitate cu cerințele. Când laserul incident iradiază eșantionul, detectorul poate colecta separat semnalul de transmisie și semnalul de reflecție modulat de eșantion, care sunt amplificate de un tub fotomultiplicator. Apoi, acestea sunt transformate direct de la analog în digital și colectate de un computer sau introduse într -un spectrometru printr -un sistem spectroscopic pentru a obține informații spectrale. Controlul sistemului, achiziția datelor, afișarea imaginilor și procesarea datelor sunt toate realizate de computere. Din procesul de imagistică de mai sus, se poate observa că microscopia optică aproape de câmp poate colecta simultan trei tipuri de informații, și anume morfologia de suprafață a eșantionului, semnale optice aproape de câmp și semnale spectrale.
