Hagyományos optikai mikroszkóp és közeli mező optikai mikroszkóp
A közeli terepi optikai mikroszkóp a hagyományos optikai mikroszkópok forradalma. Nem használ optikai lencséket a képalkotáshoz, hanem a szonda hegyét használja a minta felülete feletti beolvasáshoz, hogy információkat szerezzen a minta felületéről. Elemezte a képalkotó alapelvek fizikai lényegét a hagyományos optikai mikroszkópok és a közeli mező optikai mikroszkópok, valamint a két mikroszkópos rendszer szerkezetének hasonlóságai és különbségei között. Bevezette a száloptikai szondák gyártási módszerét. A hangsúly a közeli terepi észlelés, az optikai alagúthatások és a nem sugárzó mezők tulajdonságaira összpontosult.
A hagyományos optikai mikroszkópok a mikroszkóp család legrégebbi tagjai, több száz éves történelemmel. Ez volt az egyetlen eszköz a kis szerkezetek megfigyelésére. A hagyományos optikai mikroszkópok elsősorban optikai lencséket használnak a nagyításhoz vagy a kép objektumokhoz. Általánosságban elmondható, hogy egy lencse több tízszer nagyíthat egy objektumot, és a lencsék kombinációjának felhasználásával majdnem ezerszer is nagyíthatja. A fény diffrakciós hatása korlátozza az optikai mikroszkópok felbontásának további javításának lehetőségét. Ez a Rayleigh felbontási határ.
A hagyományos optikai mikroszkópok áttekintése
A hagyományos optikai mikroszkópok optikai lencsékből állnak. Az anyag törésmutatójának és a lencse görbületének felhasználásával a megfigyelt objektum megnövekszik, hogy megszerezze a részletes információkat. Az optikai mikroszkóp nagyítását azonban nem lehet önkényesen megnövelni, mivel azt az optikai diffrakciós határ korlátozza.
Ahol R a két pont közötti távolság, λ a gerenda hullámhossza, n a közeg törésmutatója, és θ a lencse félszög rekeszje, amely összegyűjti és fókuszálja a gerendát az detektorra. Megadja azt a távolságot, amelyen két pont pontosan megkülönböztethető, amelyet a képalkotó rendszer paraméterei határoznak meg. A fenti egyenlőtlenség azt jelzi, hogy a felbontás javítása érdekében (azaz az R távolság csökkentése) csak háromféle módon létezik: (1) Válasszon rövidebb hullámhosszokat (ha az UV elektromágneses sugárzás, a röntgen vagy az elektronnyalábok választják, akkor azok hatékonyabbak lesznek). (2) Az N fejlesztése érdekében dolgozzon a nagy törésmutatóval rendelkező anyagokkal. Ez a merítésmikroszkópia elve, amelyet az Amici talált ki a -19 század közepén. (3) Növelje a mikroszkóp rekesznyugóját. Az elektronmikroszkópok elektronnyalábokat használnak fénysugarak helyett, ami nagymértékben javítja a felbontást. Meg kell jegyezni, hogy a Rayleigh kritérium a hullámok terjesztésének feltételezésén alapul. Ha nem sugárzó mezők észlelhetők, akkor várhatóan elkerüli a Rayleigh kritériumot, és teljesen áttöri a diffrakciós akadályok korlátozásait.
A közeli terepi optikai mikroszkóp alapelve
A képalkotási folyamatot a következőképpen érthetjük meg: Ha egy fényforrás által kibocsátott fotont vagy elektronot egy célobjektumra vetítik, akkor azt egy detektor (például a megfigyelő szeme vagy kamerája) tükröződik, vagy fogadja). Annak a ténynek köszönhetően, hogy a tükrözött részecskék pályája és száma a tárgy tulajdonságaihoz kapcsolódik, a részecskék gerendák információkat hordoznak a tárgy jellemzőiről. A célra a célt „képnek” hívjuk. Fizikailag az objektumok és a képek rendkívül eltérőek: az objektumok általában háromdimenziós; És ez általában az objektum szerkezetéhez kapcsolódó fizikai mennyiségek kétdimenziós vetülete, mivel a rögzítő közeg kétdimenziós. Ez a fizikai mennyiség általában fényintenzitás, mivel a detektorok csak érzékenyek a fény intenzitására. Ha maga az objektumot az objektumhoz kapcsolódó fénymezőre cseréljük, akkor megvizsgálhatjuk az objektummező és a képmező közötti kapcsolatot, azaz az objektummező intenzitása és annak intenzitása közötti kapcsolatot a kép síkján. Azonban az első kérdés, amelyre meg kell válaszolni, az: Mi a kapcsolat egy objektum és a fénymező szerkezete között? A Maxwell egyenletei elvileg lehetőséget adnak a probléma tanulmányozására: az elektronáram vagy a töltési sűrűség eloszlási változásai egy objektumon belül egy külső elektromágneses mező hatására; Az oszcilláló töltések és áramok az elektromágneses mezőben változásokat okozhatnak, lehetővé téve, hogy egy tárgy felületéről a külső térbe terjedjen. A folytonosság elve szerint logikusnak tűnik arra a következtetésre jutni, hogy a töltések és áramok eloszlása egy objektum felületén rekonstruálható a térbeli mező eloszlásából, amely rendkívül a tárgyhoz közel van. Mivel a töltések vagy az áramok eloszlása csak rendkívül kis távolságokon (általában kevesebb, mint a hullámhossz) változik, azt is feltételezzük, hogy a "helyszíj rendkívül közel az objektumhoz" csak ilyen kis távolságokon változik.
