Optiskās mikroskopijas principi tuvajā laukā
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).
Pamatojoties uz nestarojošo lauku noteikšanas un attēlveidošanas principiem, tuvā lauka optiskie mikroskopi var pārvarēt parasto optisko mikroskopu difrakcijas robežu un var veikt nanomēroga optisko attēlveidošanu un nanomēroga spektrālo izpēti ar īpaši augstu optisko izšķirtspēju.
Tuva lauka optiskie mikroskopi sastāv no zondēm, signālu pārraides ierīcēm, skenēšanas vadības, signālu apstrādes un signālu atgriezeniskās saites sistēmām. Tuva lauka ģenerēšanas un noteikšanas princips: krītoša gaisma izstaro objektu ar daudzām sīkām struktūrām uz virsmas. Krītošā gaismas lauka ietekmē šo struktūru radītie atstarotie viļņi ietver izgaistošus viļņus, kas ierobežoti līdz objekta virsmai un izplatīti tālu. izplatās viļņi. Evaescējošie viļņi rodas no sīkām objektu struktūrām (objektiem, kas ir mazāki par viļņa garumu). Izplatošais vilnis nāk no objekta aptuvenās struktūras (objekti, kas lielāki par viļņa garumu), kas nesatur nekādu informāciju par objekta smalko struktūru. Ja ļoti mazu izkliedes centru izmanto kā nanodetektoru (piemēram, zondi) un novieto pietiekami tuvu objekta virsmai, izgaistošais vilnis tiks ierosināts un liks tam atkal izstarot gaismu. Šī satrauktā gaisma satur arī nenosakāmus izgaismojošus viļņus un izplatītus viļņus, kas var izplatīties uz attālām vietām, lai tos atklātu. Šis process pabeidz tuva lauka noteikšanu. Pārvēršana starp izgaistošu lauku un izplatīšanās lauku ir lineāra, un izplatīšanās lauks precīzi atspoguļo izmaiņas izgaistošajā laukā. Ja objekta virsmas skenēšanai izmanto izkliedes centru, var iegūt divdimensiju attēlu. Saskaņā ar savstarpīguma principu apgaismojuma gaismas avota un nanodetektora lomas tiek apmainītas, un parauga apgaismošanai tiek izmantots nano gaismas avots (izgaismojošs lauks). Sakarā ar objekta smalkās struktūras izkliedes efektu uz apgaismojuma lauku, izgaistošais vilnis tiek pārveidots par signālu, ko var uztvert no attāluma. Atklāto izplatīšanās viļņu rezultāti ir tieši tādi paši.
Tuva lauka optiskā mikroskopija izmanto zondi, lai skenētu punktu pa punktam parauga virsmā un ierakstītu to punktu pa punktam pirms digitālās attēlveidošanas. 1. attēlā ir redzama tuva lauka optiskā mikroskopa attēlveidošanas principa diagramma. Attēlā xyz aptuvenās tuvināšanas metode var pielāgot attālumu starp zondi un paraugu ar desmitiem nanometru precizitāti; savukārt xy skenēšana un z vadība var kontrolēt zondes skenēšanu un atgriezeniskās saites sekošanu z virzienā ar precizitāti 1 nm. Attēlā redzamais krītošais lāzers tiek ievadīts zondē caur optisko šķiedru, un krītošās gaismas polarizācijas stāvokli var mainīt atbilstoši prasībām. Kad krītošais lāzers apstaro paraugu, detektors var atsevišķi savākt pārraides signālu un parauga modulēto atstarošanas signālu, ko pastiprina fotopavairotāja caurule, pēc tam tieši pārvērš no analogā uz digitālo un pēc tam savāc ar datoru vai ievada spektrometru caur spektroskopisku sistēmu, lai iegūtu spektru. informāciju. Sistēmas vadību, datu vākšanu, attēlu attēlošanu un datu apstrādi veic datori. No iepriekš minētā attēlveidošanas procesa var redzēt, ka tuva lauka optiskie mikroskopi var vienlaikus savākt trīs veidu informāciju, proti, parauga virsmas morfoloģiju, tuva lauka optiskos signālus un spektrālos signālus.
