Kur ir tuvā lauka optiskā mikroskopa un tālā lauka mikroskopa priekšrocības?
Kas ir tuva lauka optiskā mikroskopija?
Kopš 20. gadsimta 80. gadiem, kad zinātne un tehnoloģija virzās uz maza mēroga un zemu dimensiju telpām un attīstījās skenējošās zondes mikroskopijas tehnoloģija, optikas jomā ir parādījies jauns starpdisciplinārs priekšmets - tuvā lauka optika. Tuva lauka optika ir mainījusi tradicionālo optiskās izšķirtspējas ierobežojumu. Jauna veida tuva lauka optiskā mikroskopa (NSOM — Near-field Scanning Optical Microscope jeb SNOM) parādīšanās ir paplašinājusi cilvēku redzes lauku no puses krītošās gaismas viļņa garuma līdz dažām desmitdaļām no viļņa garuma, tas ir, nanometru skala. Tuva lauka optiskajā mikroskopijā parasto optisko instrumentu lēcas tiek aizstātas ar sīkām optiskām zondēm, kuru galu apertūras ir daudz mazākas par gaismas viļņa garumu.
Jau 1928. gadā Synge ierosināja, ka pēc krītošās gaismas izstarošanas caur nelielu caurumu ar 10 nm atvērumu paraugam ar attālumu 10 nm, skenēšanas ar soļa izmēru 10 nm un mikrozonas optiskā signāla savākšanu ir iespējams. lai iegūtu īpaši augstu izšķirtspēju. Šajā intuitīvajā aprakstā Synge ir skaidri paredzējis mūsdienu tuva lauka optiskās mikroskopijas galvenās iezīmes.
1970. gadā Ešs un Nikols pielietoja tuvā lauka jēdzienu, lai realizētu divdimensiju attēlveidošanu ar K/60 izšķirtspēju mikroviļņu joslā (K=3cm). 1983. gadā BM Cīrihes pētniecības centrs veiksmīgi izgatavoja nanomēroga gaismas caurumus ar metālu pārklāta kvarca kristāla galā. Īpaši augstas optiskās izšķirtspējas attēli pie K/20 tiek iegūti, izmantojot tunelēšanas strāvu kā atgriezenisko saiti par attālumu starp zondi un paraugu. Impulsu pievērst plašāku uzmanību tuvā lauka optikai radīja AT&T Bell Laboratories. 1991. gadā Betzig et al. izmantoja optisko šķiedru, lai izveidotu konusveida optisko caurumu ar lielu gaismas plūsmu, un sānos uzklāja metāla plēvi, kas savienota ar unikālu bīdes spēka zondes un parauga atstatuma regulēšanas metodi, kas ne tikai palielināja pārraidīto fotonu plūsmu. Tajā pašā laikā tas nodrošina stabilu un uzticamu kontroles metodi, kas ir izraisījusi augstas izšķirtspējas optisko novērošanu tuvā lauka optiskajā mikroskopijā dažādās jomās, piemēram, bioloģijā, ķīmijā, magneto-optiskajos domēnos un augsta blīvuma informācijas uzglabāšanas ierīcēs, un kvantu ierīces. pētījumu sērija. Tā sauktā tuvā lauka optika ir saistīta ar tālā lauka optiku. Tradicionālās optiskās teorijas, piemēram, ģeometriskā optika un fiziskā optika, parasti pēta tikai gaismas lauku sadalījumu tālu no gaismas avotiem vai objektiem, un tos parasti sauc par tālā lauka optiku. Principā tālā lauka optikā ir tālā lauka difrakcijas ierobežojums, kas ierobežo minimālo izšķirtspējas izmēru un minimālo atzīmes izmēru, izmantojot tālā lauka optikas principu mikroskopijai un citiem optiskiem lietojumiem. No otras puses, tuvā lauka optika pēta gaismas lauku sadalījumu viļņa garuma diapazonā no gaismas avota vai objekta. Tuva lauka optikas pētījumu jomā tālā lauka difrakcijas robeža ir pārkāpta, un izšķirtspējas robeža principā vairs nav pakļauta nekādiem ierobežojumiem, un tā var būt bezgalīgi maza, lai mikroskopiskās attēlveidošanas un citu optisko attēlu optiskā izšķirtspēja. lietojumprogrammas var uzlabot, pamatojoties uz tuvā lauka optikas principu. Likme.
Optiskā izšķirtspēja, kuras pamatā ir tuva lauka optiskā tehnoloģija, var sasniegt nanometru līmeni, pārkāpjot tradicionālās optikas izšķirtspējas difrakcijas robežu, kas nodrošinās jaudīgas darbības, mērīšanas metodes un instrumentu sistēmas daudzās zinātniskās pētniecības jomās, īpaši nanotehnoloģiju attīstībā. Šobrīd fizikas, bioloģijas, ķīmijas un materiālzinātnes jomās ir izmantoti tuvā lauka skenējošie optiskie mikroskopi un tuvā lauka spektrometri, kuru pamatā ir izgaistoša lauka noteikšana, un pielietojuma joma pastāvīgi paplašinās; savukārt citas lietojumprogrammas, kuru pamatā ir tuva lauka optika, piemēram, nanolitogrāfija un īpaši augsta blīvuma tuvā lauka optiskā krātuve, nanooptiskie komponenti, nano-mēroga daļiņu uztveršana un manipulācijas utt., arī ir piesaistījušas lietotāju uzmanību. daudzi zinātnieki.
Neatkarīgi no tā, ka tos abus sauc par mikroskopiem, nav daudz līdzību.
Pirmkārt, lielākā atšķirība ir tā, ka izšķirtspēja ir atšķirīga. Tāla lauka mikroskopu, tas ir, tradicionālo optisko mikroskopu, ierobežo difrakcijas robeža. Ir grūti skaidri attēlot apgabalos, kas ir mazāki par gaismas viļņa garumu; savukārt tuvā lauka mikroskops var nodrošināt skaidru attēlu.
Otrkārt, princips ir atšķirīgs. Tāla lauka mikroskops izmanto gaismas atstarošanu un laušanu utt., un var izmantot lēcu kombināciju; kamēr tuvajā laukā ir nepieciešama zonde, un gaismas izlīdzināšanai tiek izmantota izzūdošā lauka un pārraides lauka savienošana un pārveidošana. signāla iegūšana.
Arī instrumenta sarežģītība, izmaksas utt., tie nav viens un tas pats.
