Optilise mikroskoopia põhimõtted lähiväljas
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).
Tuginedes mittekiirgusväljade tuvastamise ja pildistamise põhimõtetele, suudavad lähivälja optilised mikroskoobid läbi murda tavaliste optiliste mikroskoopide difraktsioonipiirist ning läbi viia nanoskaala optilist kujutist ja nanoskaala spektriuuringuid ülikõrge optilise eraldusvõimega.
Lähivälja optilised mikroskoobid koosnevad sondidest, signaaliedastusseadmetest, skaneerimise juhtimisest, signaalitöötlusest ja signaali tagasisidesüsteemidest. Lähivälja tekitamise ja tuvastamise põhimõte: langev valgus kiiritab objekti, mille pinnal on palju pisikesi struktuure. Langeva valgusvälja toimel hõlmavad nende struktuuride tekitatud peegeldunud lained objekti pinnaga piiratud ja kaugele levivaid laineid. levivad lained. Evanestseeruvad lained pärinevad objektide väikestest struktuuridest (objektid, mis on väiksemad kui lainepikkus). Levev laine pärineb objekti töötlemata struktuurist (lainepikkusest suuremad objektid), mis ei sisalda teavet objekti peenstruktuuri kohta. Kui nanodetektorina (näiteks sondina) kasutatakse väga väikest hajutamiskeskust ja see asetatakse objekti pinnale piisavalt lähedale, ergastab eestsentslaine ja paneb selle uuesti valgust kiirgama. See ergastatud valgus sisaldab ka tuvastamatuid kaduvaid laineid ja levilaineid, mis võivad levida tuvastamiseks kaugetesse kohtadesse. See protsess lõpetab lähivälja tuvastamise. Muundumine kaduva välja ja levivälja vahel on lineaarne ja leviv väli peegeldab täpselt muutusi kaduvas väljas. Kui objekti pinna skaneerimiseks kasutatakse hajumiskeskust, on võimalik saada kahemõõtmeline pilt. Vastastikkuse põhimõtte kohaselt vahetatakse valgustusvalgusallika ja nanodetektori rolle ning proovi valgustamiseks kasutatakse nanovalgusallikat (evanescent field). Objekti peenstruktuuri hajutava mõju tõttu valgustusväljale muundatakse kaduv laine signaaliks, mida on võimalik kaugelt tuvastada. Tuvastatud levilainete tulemused on täpselt samad.
Lähivälja optiline mikroskoopia kasutab sondi, et skaneerida proovi pinnal punkt-punktilt ja salvestada see punkthaaval enne digitaalset pildistamist. Joonisel 1 on kujutatud lähivälja optilise mikroskoobi pildistamispõhimõtte diagramm. Joonisel on xyz umbkaudse lähenduse meetodiga võimalik reguleerida sondi ja proovi vahelist kaugust kümnete nanomeetrite täpsusega; samas kui xy-skaneerimine ja z-juhtimine saavad juhtida sondi skaneerimist ja tagasiside jälgimist z-suunas 1nm täpsusega. Joonisel kujutatud langev laser sisestatakse sondi läbi optilise kiu ja langeva valguse polarisatsiooni olekut saab vastavalt nõuetele muuta. Kui langev laser proovi kiiritab, saab detektor eraldi koguda proovi poolt moduleeritud edastussignaali ja peegeldussignaali, mida võimendab fotokordisti toru, seejärel teisendatakse otse analoogist digitaalseks ja seejärel kogutakse arvutiga või sisestatakse spektromeeter läbi spektroskoopilise süsteemi, et saada spekter. teavet. Süsteemi juhtimine, andmete kogumine, pildi kuvamine ja andmetöötlus viiakse läbi arvutite poolt. Ülaltoodud pildistamisprotsessist on näha, et lähivälja optilised mikroskoobid võivad koguda korraga kolme tüüpi teavet, nimelt proovi pinnamorfoloogiat, lähivälja optilisi signaale ja spektraalsignaale.
