Conventionele optische microscoop en optische microscoop in de buurt van het veld
De optische microscoop nabij het veld is een revolutie ten opzichte van conventionele optische microscopen. Het gebruikt geen optische lenzen voor beeldvorming, maar gebruikt de sondepunt om boven het monsteroppervlak te scannen om informatie over het monsteroppervlak te verkrijgen. Analyseerde de fysieke essentie van beeldvormingsprincipes tussen traditionele optische microscopen en optische microscopen in de buurt, evenals de overeenkomsten en verschillen in de structuren van de twee microscoopsystemen. Geïntroduceerd de productiemethode van glasvezelprobes. De focus lag op de principes van bijna-velddetectie, optische tunneleffecten en de eigenschappen van niet-stralingsvelden.
Traditionele optische microscopen zijn de oudste leden van de microscoopfamilie, met een geschiedenis van enkele honderden jaren. Vroeger was het het enige middel om kleine structuren te observeren. Traditionele optische microscopen gebruiken voornamelijk optische lenzen om objecten te vergroten of beeldobjecten. Over het algemeen kan een enkele lens een object enkele tientallen keren vergroten, en het gebruik van een combinatie van lenzen kan het bijna tot bijna duizend keer vergroten. Het diffractie -effect van licht beperkt de mogelijkheid om de resolutie van optische microscopen verder te verbeteren. Dit is de limiet van Rayleigh Resolution.
Overzicht van traditionele optische microscopen
Traditionele optische microscopen zijn samengesteld uit optische lenzen. Door gebruik te maken van de brekingsindex van het materiaal en de kromming van de lens, wordt het waargenomen object vergroot om zijn gedetailleerde informatie te verkrijgen. De vergroting van een optische microscoop kan echter niet willekeurig worden verhoogd, omdat deze wordt beperkt door de optische diffractielimiet.
Waar r de afstand tussen twee punten is, is λ de golflengte van de straal, N is de brekingsindex van het medium en θ is de halfhoekige opening van de lens die de bundel verzamelt en richt op de detector. Het specificeert de afstand waarop twee punten precies kunnen worden onderscheiden, die wordt bepaald door de parameters van het beeldvormingssysteem. De bovenstaande ongelijkheid geeft aan dat om de resolutie te verbeteren (dwz het verminderen van afstand R), er slechts drie manieren zijn: (1) Kies kortere golflengten (als UV-elektromagnetische straling, röntgenfoto's of elektronenstralen worden gekozen, zullen ze effectiever zijn). (2) Om N te verbeteren, werkt u met materialen met een hoge brekingsindex. Dit is het principe van onderdompelingsmicroscopie, uitgevonden door Amici in het midden -19 de eeuw. (3) Verhoog de diafragmahoek van de microscoop. Elektronenmicroscopen gebruiken elektronenstralen in plaats van lichtstralen, waardoor de resolutie aanzienlijk wordt verbeterd. Opgemerkt moet worden dat het Rayleigh -criterium is gebaseerd op de veronderstelling van het propageren van golven. Als niet -stralingsvelden kunnen worden gedetecteerd, wordt verwacht dat het het Rayleigh -criterium vermijdt en de beperkingen van diffractiebarrières volledig doorbreekt.
Principe van optische microscoop in de buurt
We kunnen het beeldvormingsproces als volgt begrijpen: wanneer een foton of elektron uitgezonden door een lichtbron op een doelobject wordt geprojecteerd, wordt het weerspiegeld en vastgelegd of ontvangen door een detector (zoals de ogen of camera van de waarnemer). Vanwege het feit dat het traject en het aantal gereflecteerde deeltjes gerelateerd zijn aan de eigenschappen van het object, dragen deeltjesbalken informatie over de kenmerken van het object. We noemen de projectie op een doelwit een 'afbeelding'. Fysiek zijn objecten en afbeeldingen extreem verschillend: objecten zijn over het algemeen driedimensionaal; En het is meestal een tweedimensionale projectie van fysieke hoeveelheden gerelateerd aan de structuur van het object, omdat het opnamemedium tweedimensionaal is. Deze fysieke hoeveelheid is meestal lichtintensiteit, omdat detectoren alleen gevoelig zijn voor lichtintensiteit. Als we het object zelf vervangen door een lichtveld gerelateerd aan het object, kunnen we de relatie tussen het objectveld en het beeldveld bestuderen, dat wil zeggen de relatie tussen de intensiteit van het objectveld en de intensiteit ervan op het beeldvlak. De eerste vraag die moet worden beantwoord, is echter: wat is de relatie tussen de structuur van een object en zijn lichtveld? In principe bieden de vergelijkingen van Maxwell een manier om dit probleem te bestuderen: de distributieveranderingen van elektronenstroom of ladingsdichtheid in een object onder de werking van een extern elektromagnetisch veld; De oscillerende ladingen en stromen kunnen veranderingen in het elektromagnetische veld veroorzaken, waardoor het zich kan voortplanten van het oppervlak van een object naar de externe ruimte. Volgens het principe van continuïteit lijkt het logisch om te concluderen dat de verdeling van ladingen en stromen op het oppervlak van een object kan worden gereconstrueerd door de ruimtelijke veldverdeling extreem dicht bij het object. Vanwege het feit dat de verdeling van ladingen of stromen alleen verandert op extreem kleine afstanden (in het algemeen minder dan de golflengte), gaan we ook van uit dat het "ruimteveld extreem dicht bij het object" alleen op zulke kleine afstanden verandert.
