Principes van optische microscopie in het nabije veld of optische microscopie in het nabije veld
The traditional optical microscope consists of optical lenses that can magnify an object up to thousands of times to observe the details. Due to the diffraction effect of light waves, an infinite increase in magnification is not possible because the obstacle of the diffraction limit of light waves will be encountered, and the resolution of the traditional optical microscope cannot be more than half of the wavelength of light. For example, with a wavelength of λ = 400nm of green light as a light source, can only distinguish between two objects that are 200nm apart. In practice λ>400nm, the resolution is somewhat lower. This is due to the fact that optical observation in general is made at a great distance from the object (>>λ).
Near-field optische microscopie, gebaseerd op het principe van veldonderzoek en beeldvorming zonder straling, is in staat de diffractielimiet te doorbreken waaraan gewone optische microscopen worden blootgesteld, waardoor optische beeldvorming op nanoschaal en spectroscopische studies op nanoschaal kunnen worden uitgevoerd op ultra- hoge optische resolutie.
Near-field optische microscoop bestaat uit een sonde, signaaloverdrachtapparaat, scanbesturing, signaalverwerking en signaalfeedbacksysteem. Near-field generatie- en detectieprincipe: invallende lichtstraling op het oppervlak van het object met veel kleine microstructuren, deze microstructuren in de rol van het invallende lichtveld, de resulterende gereflecteerde golf bevat een plotselinge golf beperkt tot het oppervlak van het object en voortplanting golven naar de verte. Plotselinge golven komen van de fijne structuren in het object (objecten kleiner dan de golflengte). De zich voortplantende golf komt voort uit de ruwe structuur van het object (objecten groter dan de golflengte) die geen enkele informatie bevat over de fijne structuur van het object. Als een heel klein verstrooiingscentrum wordt gebruikt als nanodetector (bijvoorbeeld een sonde), wordt dit zo dicht bij het oppervlak van het object geplaatst dat de snelle golf wordt opgewekt, waardoor deze weer licht gaat uitzenden. Het licht dat door deze excitatie wordt geproduceerd, bevat ook niet-detecteerbare snelle golven en zich voortplantende golven die zich kunnen voortplanten naar detecties op afstand, en dit proces voltooit de detectie van het nabije veld. De overgang tussen het snelle veld en het voortplantende veld is lineair, en het voortplantende veld weerspiegelt nauwkeurig de veranderingen in het verborgen veld. Als een verstrooiingscentrum wordt gebruikt om over het oppervlak van een object te scannen, kan een tweedimensionaal beeld worden verkregen. Volgens het wederkerigheidsprincipe worden de rollen van de bestralende lichtbron en de nanodetector met elkaar verwisseld, en wordt het monster bestraald met een nanolichtbron (abrupt veld), en als gevolg van de verstrooiing van het bestralende veld door de fijne structuur van het object wordt de abrupte golf omgezet in een zich voortplantende golf die op afstand kan worden gedetecteerd, en het resultaat is precies hetzelfde.
Near-field optische microscopie bestaat uit punt-voor-punt scannen en punt-voor-punt opname door een sonde op het oppervlak van het monster, gevolgd door digitale beeldvorming. Figuur 1 toont het beeldschema van een optische microscoop in het nabije veld. In de figuur kan de grove benaderingsmethode xyz de afstand van de sonde tot het monster aanpassen met een nauwkeurigheid van tientallen nanometers; terwijl de xy-scanning en z-besturing kunnen worden gebruikt met een nauwkeurigheid van 1 nm om de sondescanning te regelen en de z-richtingsfeedback volgt. De invallende laser, weergegeven in de figuur, wordt via een optische vezel in de sonde geïntroduceerd en de polarisatietoestand van het invallende licht kan naar behoefte worden gewijzigd. Wanneer de invallende laser het monster bestraalt, kan de detector afzonderlijk de transmissie- en reflectiesignalen verzamelen die door het monster zijn gemoduleerd en versterkt door de fotovermenigvuldigingsbuis, en vervolgens rechtstreeks door de analoog-naar-digitaal-omzetter via de computeracquisitie of via het spectroscopiesysteem in de spectrometer om de spectrale informatie te verkrijgen. Systeembesturing, data-acquisitie, beeldweergave en dataverwerking worden door de computer voltooid. Uit het bovenstaande beeldvormingsproces blijkt dat de optische microscoop in het nabije veld tegelijkertijd drie soorten informatie kan verzamelen, namelijk de oppervlaktemorfologie van het monster, het optische signaal in het nabije veld en het spectrale signaal.
