Parastais optiskais mikroskops un tuvākā lauka optiskais mikroskops
Tuvuma lauka optiskais mikroskops ir revolūcija pār parastajiem optiskajiem mikroskopiem. Tas neizmanto optiskos objektīvus attēlveidošanai, bet gan izmanto zondes galu, lai skenētu virs parauga virsmas, lai iegūtu informāciju par parauga virsmu. Analizēja attēlveidošanas principu fizisko būtību starp tradicionālajiem optiskajiem mikroskopiem un tuvu lauka optiskajiem mikroskopiem, kā arī abu mikroskopu sistēmu struktūru līdzības un atšķirības. Ieviesa optisko zondu šķiedru ražošanas metodi. Galvenā uzmanība tika pievērsta tuvās lauka noteikšanas principiem, optiskās tunelēšanas efektiem un nestaratīvo lauku īpašībām.
Tradicionālie optiskie mikroskopi ir vecākie mikroskopu saimes locekļi ar vairāku simtu gadu vēsturi. Kādreiz tas bija vienīgais mazo struktūru novērošanas līdzeklis. Tradicionālie optiskie mikroskopi galvenokārt izmanto optiskos objektīvus, lai palielinātu vai attēla objektus. Vispārīgi runājot, viens objektīvs var palielināt objektu vairākas desmitus reižu, un, izmantojot objektīvu kombināciju, to var gandrīz palielināt līdz gandrīz tūkstošiem reižu. Gaismas difrakcijas efekts ierobežo iespēju turpmāk uzlabot optisko mikroskopu izšķirtspēju. Tas ir Raileigh izšķirtspējas ierobežojums.
Tradicionālo optisko mikroskopu pārskats
Tradicionālos optiskos mikroskopus veido optiskās lēcas. Izmantojot materiāla refrakcijas koeficientu un objektīva izliekumu, novērotais objekts tiek palielināts, lai iegūtu tā detalizētu informāciju. Tomēr optiskā mikroskopa palielinājumu nevar patvaļīgi palielināt, jo to ierobežo optiskās difrakcijas robeža.
Ja r ir attālums starp diviem punktiem, λ ir staru viļņa garums, n ir barotnes refrakcijas indekss, un θ ir objektīva pussulārā atvērums, kas savāc un fokusē staru uz detektoru. Tas norāda attālumu, kurā var precīzi atšķirt divus punktus, ko nosaka attēlveidošanas sistēmas parametri. Iepriekš minētā nevienlīdzība norāda, ka, lai uzlabotu izšķirtspēju (ti, samazina attālumu R), ir tikai trīs veidi: (1) Izvēlieties īsākus viļņu garumus (ja tiek izvēlēti UV elektromagnētiskais starojums, rentgenstari vai elektronu stari, tie būs efektīvāki). (2) Lai uzlabotu N, strādājiet ar materiāliem ar augstu refrakcijas indeksu. Tas ir iegremdēšanas mikroskopijas princips, ko Amici izgudroja vidū -19 Th gadsimtā. (3) Palieliniet mikroskopa atvēruma leņķi. Elektronu mikroskopi gaismas staru kūļu vietā izmanto elektronu starus, ievērojami uzlabojot izšķirtspēju. Jāatzīmē, ka Raileigh kritērijs ir balstīts uz pieņēmumu par pavairošanas viļņiem. Ja var noteikt starojošus laukus, sagaidāms, ka tas izvairīsies no Raileigh kritērija un pilnībā izlauzīsies no difrakcijas barjeru ierobežojumiem.
Tuvākā lauka optiskā mikroskopa princips
Attēlveidošanas procesu mēs varam saprast šādi: kad uz mērķa objekta tiek projicēts fotons vai elektrons, ko izstaro gaismas avots, tas tiek atspoguļots un notverts vai uzņemts kāds detektors (piemēram, novērotāja acis vai kamera). Sakarā ar to, ka atstaroto daļiņu trajektorija un skaits ir saistīta ar objekta īpašībām, daļiņu stariem ir informācija par objekta īpašībām. Mēs saucam projekciju uz mērķi par “attēlu”. Fiziski objekti un attēli ir ārkārtīgi atšķirīgi: objekti parasti ir trīsdimensiju; Un parasti tā ir divdimensiju fizisko daudzumu projekcija, kas saistīta ar objekta struktūru, jo ierakstīšanas vide ir divdimensionāla. Šis fiziskais daudzums parasti ir gaismas intensitāte, jo detektori ir jutīgi tikai pret gaismas intensitāti. Ja pats objekts aizstājam ar gaismas lauku, kas saistīts ar objektu, mēs varam izpētīt attiecības starp objekta lauku un attēla lauku, tas ir, saistību starp objekta lauka intensitāti un tā intensitāti attēla plaknē. Tomēr pirmais jautājums, uz kuru jāatbild, ir: kāda ir saistība starp objekta struktūru un tā gaismas lauku? Principā Maksvela vienādojumi nodrošina veidu, kā izpētīt šo problēmu: elektronu strāvas vai lādiņa blīvuma sadalījuma izmaiņas objektā ar ārēja elektromagnētiskā lauka darbību; Svārstīgie lādiņi un straumes var izraisīt izmaiņas elektromagnētiskajā laukā, ļaujot tai izplatīties no objekta virsmas uz ārējo telpu. Saskaņā ar nepārtrauktības principu šķiet loģiski secināt, ka lādiņu un straumju sadalījumu uz objekta virsmas var rekonstruēt no telpiskā lauka sadalījuma īpaši tuvu objektam. Sakarā ar to, ka lādiņu vai straumju sadalījums mainās tikai ārkārtīgi nelielos attālumos (parasti mazāks par viļņa garumu), mēs arī pieņemam, ka "kosmosa lauks ir īpaši tuvu objektam" mainās tikai šādos mazos attālumos.
