Lähivälja optilise mikroskoopia põhimõte
Traditional optical microscopes consist of optical lenses that can magnify objects several thousand times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely, as the diffraction limit of light waves will be encountered. The resolution of traditional optical microscopes cannot exceed half of the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as the light source can only distinguish two objects with a distance of 200nm. In practical applications, when λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are made at a distance (>>λ) objektist.
Tuginedes mittekiirgusväljade tuvastamise ja pildistamise põhimõtetele, suudavad lähivälja optilised mikroskoobid ületada tavaliste optiliste mikroskoopide difraktsioonipiiri ning viia läbi nanoskaala optilist kujutist ja spektriuuringuid ülikõrge optilise eraldusvõimega.
Lähivälja optiline mikroskoop koosneb sondist, signaaliedastusseadmest, skaneerimise juhtimisest, signaalitöötlusest ja signaali tagasisidesüsteemist. Lähivälja genereerimise ja tuvastamise põhimõte: langev valgus paistab objektile, mille pinnal on palju väikeseid ja peeneid struktuure. Need peened struktuurid tekitavad langeva valgusvälja mõjul peegeldunud laineid, sealhulgas objekti pinnaga piirduvaid laineid ja laineid, mis levivad kaugusesse. Evanestseeruvad lained pärinevad objektide peentest struktuuridest (objektid, mis on väiksemad kui lainepikkus). Levivad lained pärinevad objektis paiknevatest töötlemata struktuuridest (lainepikkusest suuremad objektid), mis ei sisalda mingit informatsiooni objekti peenstruktuuri kohta. Kui nanodetektorina (näiteks sondina) kasutada väga väikest hajumiskeskust ja see asetada objekti pinnale piisavalt lähedale, ergastub enevseeriv laine, mis paneb selle uuesti valgust kiirgama. Selle ergastuse tekitatud valgus sisaldab ka tuvastamatuid kaduvaid laineid ja levilaineid, mis võivad levida kaugema tuvastamiseni, viies lõpule lähivälja tuvastamise protsessi. Üleminek kaduva välja ja levivälja vahel on lineaarne ning leviväli peegeldab täpselt latentse välja muutusi. Kui objekti pinna skaneerimiseks kasutatakse hajumiskeskust, on võimalik saada kahemõõtmeline pilt. Vastastikuse inversiooni põhimõtte kohaselt vahetatakse kiiritusvalgusallika ja nanodetektori vastastikmõju ning proovi kiiritatakse nanovalgusallikaga (eestsentsväli). Objekti peenstruktuuri hajutava mõju tõttu võrreldes emissiooniväljaga muundatakse evanestsentslaine eemalt tuvastatavaks levilaineks ja tulemused on täiesti identsed.
Lähivälja optiline mikroskoopia on digitaalse pildistamise tehnika, mis hõlmab proovi pinnal oleva sondi punkt-punkti haaval skaneerimist ja salvestamist. Joonisel 1 on kujutatud lähivälja optilise mikroskoobi kujutise põhimõtte diagramm. Joonisel kujutatud xyz umbkaudne lähendusmeetod võib reguleerida sondi ja proovi vahelist kaugust kümnete nanomeetrite täpsusega; Xy-skaneerimine ja z-juhtimine saavad juhtida sondi skaneerimist ja z-suunalist tagasisidet 1 nm täpsusega. Joonisel kujutatud langev laser sisestatakse sondi läbi fiiberoptika ja see võib vastavalt nõuetele langeva valguse polarisatsiooni olekut muuta. Kui langev laser kiiritab proovi, saab detektor eraldi koguda proovi poolt moduleeritud ülekandesignaali ja peegeldussignaali, mida võimendab fotokordisti toru. Seejärel teisendatakse need otse analoogist digitaalseks ja kogutakse arvutiga või sisestatakse spektroskoopilise süsteemi kaudu spektromeetrisse, et saada spektraalset teavet. Süsteemi juhtimine, andmete kogumine, kujutise kuvamine ja andmetöötlus viiakse läbi arvutite poolt. Ülaltoodud pildistamisprotsessist on näha, et lähivälja optiline mikroskoopia võib samaaegselt koguda kolme tüüpi teavet, nimelt proovi pinnamorfoloogiat, lähivälja optilisi signaale ja spektraalsignaale.
