Az optikai mikroszkópia alapelvei a közeli térben
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).
A nem sugárzó terek detektálási és képalkotási elvei alapján a közeli optikai mikroszkópok áttörhetik a hagyományos optikai mikroszkópok diffrakciós határát, és ultranagy optikai felbontás mellett nanoméretű optikai képalkotást és nanoméretű spektrális kutatást végezhetnek.
A közelmezős optikai mikroszkópok szondákból, jelátviteli eszközökből, pásztázó vezérlésből, jelfeldolgozó és jel-visszacsatoló rendszerekből állnak. A közeli tér létrehozásának és észlelésének elve: A beeső fény olyan tárgyat sugároz be, amelynek felületén sok apró szerkezet található. A beeső fénymező hatására az e struktúrák által generált visszavert hullámok a tárgy felszínére korlátozódó és messzire terjedő evanscens hullámokat tartalmaznak. terjedő hullámok. Az evaneszcens hullámok a tárgyak apró struktúráiból származnak (a hullámhossznál kisebb tárgyak). A terjedő hullám az objektum durva szerkezetéből származik (a hullámhossznál nagyobb objektumok), amely nem tartalmaz információt az objektum finom szerkezetéről. Ha egy nagyon kicsi szórási központot használnak nanodetektorként (például szondát), és elég közel helyezik el a tárgy felületéhez, az elillanó hullám gerjesztődik, és ismét fényt bocsát ki. Ez a gerjesztett fény detektálhatatlan eltávolodott hullámokat és terjedő hullámokat is tartalmaz, amelyek távoli helyekre terjedhetnek észlelés céljából. Ez a folyamat befejezi a közeli térérzékelést. Az evanszcens mező és a terjedő tér közötti konverzió lineáris, és a terjedő tér pontosan tükrözi az evanszcens mező változásait. Ha egy tárgy felületét szórási központtal pásztázzuk, akkor kétdimenziós képet kaphatunk. A reciprocitás elve szerint a megvilágító fényforrás és a nanodetektor szerepe felcserélődik, a minta megvilágítására a nano-fényforrást (evanszcens mező) használják. A tárgy finom szerkezetének a megvilágítási mezőre gyakorolt szóródása miatt az evaneszcens hullám távolról érzékelhető jellé alakul át. A detektált terjedő hullámok eredményei pontosan ugyanazok.
A közelmezős optikai mikroszkópos szondával pontról pontra pásztázza a minta felületét, és pontról pontra rögzíti a digitális képalkotás előtt. Az 1. ábra egy közeli mező optikai mikroszkóp képalkotási elvi diagramja. Az ábrán az xyz durva közelítési módszerrel több tíz nanométeres pontossággal lehet beállítani a szonda és a minta távolságát; míg az xy letapogatás és a z vezérlés 1nm-es pontossággal tudja vezérelni a szonda letapogatását és a visszacsatolás követését z irányban. Az ábrán látható beeső lézer egy optikai szálon keresztül kerül a szondába, és a beeső fény polarizációs állapota igény szerint változtatható. Amikor a beeső lézer besugározza a mintát, a detektor külön gyűjtheti a minta által modulált átviteli és reflexiós jelet, amelyeket a fotosokszorozó cső felerősít, majd közvetlenül átalakít analógból digitálissá, majd számítógéppel összegyűjti vagy beviheti a minta által modulált jelet. spektrométerrel spektroszkópiai rendszeren keresztül, hogy megkapjuk a spektrumot. információ. A rendszervezérlést, az adatgyűjtést, a képmegjelenítést és az adatfeldolgozást mind számítógépek végzik. A fenti képalkotási folyamatból kitűnik, hogy a közelmezős optikai mikroszkópok háromféle információt gyűjthetnek egyidejűleg, nevezetesen a minta felületi morfológiájáról, a közeli optikai jelekről és a spektrális jelekről.
