Optinės mikroskopijos artimajame lauke principai
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).
Remiantis nespinduliuojančių laukų aptikimo ir vaizdavimo principais, artimojo lauko optiniai mikroskopai gali peržengti įprastų optinių mikroskopų difrakcijos ribą ir atlikti nanoskalės optinį vaizdą bei nanoskalės spektrinius tyrimus esant itin didelei optinei raiškai.
Artimojo lauko optinius mikroskopus sudaro zondai, signalų perdavimo įrenginiai, skenavimo valdymo, signalų apdorojimo ir signalų grįžtamojo ryšio sistemos. Artimo lauko generavimo ir aptikimo principas: krintanti šviesa apšvitina objektą, kurio paviršiuje yra daug mažų struktūrų. Veikiant krintančios šviesos laukui, šių struktūrų generuojamos atspindėtos bangos apima išnykstančias bangas, apribotas objekto paviršiumi ir sklindančias toli. sklindančios bangos. Evanescencinės bangos kyla iš mažų objektų struktūrų (objektų, mažesnių už bangos ilgį). Sklindanti banga kyla iš grubios objekto struktūros (objektų, didesnių už bangos ilgį), kurioje nėra jokios informacijos apie smulkiąją objekto struktūrą. Jei labai mažas sklaidos centras naudojamas kaip nanodetektorius (pvz., zondas) ir yra pakankamai arti objekto paviršiaus, išnykstanti banga bus sužadinta ir vėl skleis šviesą. Šioje sužadintoje šviesoje taip pat yra neaptinkamų išnykstančių bangų ir sklindančių bangų, kurios gali sklisti į tolimas vietas aptikimui. Šis procesas užbaigia artimojo lauko aptikimą. Konversija tarp išnykstančio lauko ir sklindančio lauko yra tiesinė, o sklindantis laukas tiksliai atspindi išnykstančio lauko pokyčius. Jei sklaidos centras naudojamas objekto paviršiui nuskaityti, galima gauti dvimatį vaizdą. Pagal abipusiškumo principą apšvietimo šviesos šaltinio ir nanodetektoriaus vaidmenys yra sukeisti, o nano šviesos šaltinis (išnykstantis laukas) naudojamas mėginiui apšviesti. Dėl smulkios objekto struktūros sklaidos poveikio apšvietimo lauke išnykstančioji banga paverčiama signalu, kurį galima aptikti per atstumą. Aptiktų sklindančių bangų rezultatai yra lygiai tokie patys.
Artimojo lauko optinė mikroskopija naudoja zondą, kuris nuskaito tašką po taško mėginio paviršiuje ir įrašo jį taškas po taško prieš skaitmeninį vaizdą. 1 paveiksle yra artimojo lauko optinio mikroskopo vaizdavimo principo diagrama. Paveikslėlyje xyz grubus aproksimacijos metodas gali reguliuoti atstumą tarp zondo ir mėginio dešimčių nanometrų tikslumu; o xy nuskaitymas ir z valdymas gali valdyti zondo nuskaitymą ir grįžtamojo ryšio sekimą z kryptimi 1 nm tikslumu. Paveikslėlyje pavaizduotas krintantis lazeris į zondą įvedamas per optinį pluoštą, o krintančios šviesos poliarizacijos būsena gali būti keičiama pagal reikalavimus. Kai krintantis lazeris apšvitina mėginį, detektorius gali atskirai rinkti mėginio moduliuojamą perdavimo signalą ir atspindžio signalą, kurie sustiprinami fotodaugiklio vamzdeliu, o po to tiesiogiai konvertuojami iš analoginio į skaitmeninį ir surenkami kompiuteriu arba įvedami į spektrometras per spektroskopinę sistemą, kad gautų spektrą. informacija. Sistemos valdymas, duomenų rinkimas, vaizdo rodymas ir duomenų apdorojimas atliekami kompiuteriais. Iš aukščiau pateikto vaizdo gavimo proceso matyti, kad artimojo lauko optiniai mikroskopai gali rinkti trijų tipų informaciją tuo pačiu metu, būtent mėginio paviršiaus morfologiją, artimojo lauko optinius signalus ir spektrinius signalus.
