A közelmezős optikai mikroszkópia elve
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) az objektumtól.
A nem sugárzó terek észlelési és képalkotási elvei alapján a közeli látóterű optikai mikroszkópok áttörhetik a hagyományos optikai mikroszkópok diffrakciós határát, és ultranagy optikai felbontás mellett végezhetnek nanoméretű optikai képalkotást és spektrális kutatást.
A közelmezős optikai mikroszkóp szondából, jelátviteli eszközből, pásztázó vezérlésből, jelfeldolgozásból és jel-visszacsatoló rendszerből áll. A közelmezős generálás és érzékelés elve: A beeső fény olyan tárgyra világít, amelynek felületén sok apró és finom szerkezet található. Ezek a finom struktúrák a beeső fénymező hatására visszavert hullámokat keltenek, beleértve a tárgy felszínére korlátozódó, eltávozó hullámokat és a távolba terjedő hullámokat. Az evaneszcens hullámok az objektumon belüli finom struktúrákból származnak (a hullámhossznál kisebb tárgyak). A terjedő hullámok az objektumban lévő durva struktúrákból származnak (a hullámhossznál nagyobb objektumok), amelyek nem tartalmaznak 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, amitől ismét fényt bocsát ki. Az e gerjesztés által generált fény nem észlelhető evanscens hullámokat és terjedési hullámokat is tartalmaz, amelyek továbbterjedhetnek a távoli érzékelésig, befejezve a közeli tér észlelési folyamatát. Az evanszcens mező és a terjedési mező közötti átmenet lineáris, és a terjedési mező pontosan tükrözi a látens mező változásait. Ha egy tárgy felületét szórási központtal pásztázzuk, akkor kétdimenziós képet kaphatunk. A kölcsönös inverzió elve szerint a besugárzó fényforrás és a nanodetektor közötti kölcsönhatás felcserélődik, és a mintát nanofényforrással (evescens mező) sugározzák be. Az objektum finomszerkezetének az emissziós mezőhöz képest szóródó hatása miatt az evaneszcens hullám távolról is érzékelhető terjedő hullámmá alakul, és az eredmények teljesen azonosak.
A közelmezős optikai mikroszkóp egy digitális képalkotási technika, amely magában foglalja a szonda szkennelését és rögzítését pontról pontra a minta felületén. Az 1. ábra egy közeli mező optikai mikroszkóp képalkotási elvi diagramja. Az ábrán látható xyz durva közelítési módszere több tíz nanométeres pontossággal tudja beállítani a szonda és a minta távolságát; Az xy letapogató és z-vezérlés 1 nm-es pontossággal tudja vezérelni a szonda letapogatását és a z irányú visszacsatolást. Az ábrán látható beeső lézer száloptikán keresztül kerül a szondába, és az igényeknek megfelelően képes megváltoztatni a beeső fény polarizációs állapotát. Amikor a beeső lézer besugározza a mintát, a detektor külön gyűjtheti a minta által modulált átviteli és reflexiós jelet, amelyeket egy fotosokszorozó cső erősít fel. Ezután közvetlenül konvertálják őket analógból digitálissá, és számítógéppel összegyűjtik, vagy spektroszkópiai rendszeren keresztül spektrométerbe írják be, hogy spektrális információkat kapjanak. A rendszervezérlést, az adatgyűjtést, a képmegjelenítést és az adatfeldolgozást mind számítógépek végzik. A fenti képalkotási folyamatból látható, hogy a közeli tér optikai mikroszkóppal egyidejűleg háromféle információ gyűjthető, nevezetesen a minta felületi morfológiája, a közeli tér optikai jelei és a spektrális jelek.
