Het principe van optische microscopie in het nabije veld
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) van het object.
Gebaseerd op de detectie- en beeldvormingsprincipes van niet-stralingsvelden, kunnen optische microscopen in het nabije veld de diffractielimiet van gewone optische microscopen doorbreken en optische beeldvorming en spectraal onderzoek op nanoschaal uitvoeren met ultrahoge optische resolutie.
De optische microscoop in het nabije veld bestaat uit een sonde, signaaloverdrachtapparaat, scanbesturing, signaalverwerking en signaalfeedbacksysteem. Het principe van genereren en detecteren in het nabije veld: het invallende licht schijnt op een object met veel kleine en fijne structuren op het oppervlak. Deze fijne structuren produceren, onder invloed van het invallende lichtveld, gereflecteerde golven, inclusief verdwijnende golven die beperkt zijn tot het oppervlak van het object en zich voortplantende golven naar de verte. Verdwijnende golven komen van fijne structuren in objecten (objecten kleiner dan de golflengte). De zich voortplantende golven zijn afkomstig van de ruwe structuren in het object (objecten groter dan de golflengte), die geen informatie bevatten over de fijne structuur van het object. Als een heel klein verstrooiingscentrum wordt gebruikt als nanodetector (zoals een sonde) en dicht genoeg bij het oppervlak van het object wordt geplaatst, wordt de verdwijnende golf opgewonden, waardoor deze weer licht uitstraalt. Het licht dat door deze excitatie wordt gegenereerd, omvat ook niet-detecteerbare verdwijnende golven en voortplantingsgolven die zich kunnen voortplanten naar detectie op afstand, waardoor het detectieproces in het nabije veld wordt voltooid. De overgang tussen het verdwijnende veld en het voortplantingsveld is lineair, en het voortplantingsveld weerspiegelt nauwkeurig de veranderingen in het latente veld. Als een verstrooiingscentrum wordt gebruikt om het oppervlak van een object te scannen, kan een tweedimensionaal beeld worden verkregen. Volgens het principe van wederzijdse inversie wordt de interactie tussen de bestralingslichtbron en de nanodetector verwisseld en wordt het monster bestraald met een nanolichtbron (verdwijnend veld). Vanwege het verstrooiende effect van de fijne structuur van het object in vergelijking met het emissieveld, wordt de verdwijnende golf omgezet in een zich voortplantende golf die op afstand kan worden gedetecteerd, en de resultaten zijn volledig identiek.
Near field optische microscopie is een digitale beeldvormingstechniek waarbij een sonde punt voor punt op het oppervlak van een monster wordt gescand en geregistreerd. Figuur 1 is een afbeeldingsprincipediagram van een optische microscoop in het nabije veld. De ruwe benaderingsmethode van xyz in de figuur kan de afstand tussen de sonde en het monster aanpassen met een nauwkeurigheid van tientallen nanometers; De xy-scanning en z-controle kunnen de sondescanning en z-richtingfeedback regelen met een nauwkeurigheid van 1 nm. De invallende laser in de figuur wordt via een glasvezel in de sonde ingebracht en kan de polarisatietoestand van het invallende licht naar behoefte veranderen. Wanneer de invallende laser het monster bestraalt, kan de detector afzonderlijk het door het monster gemoduleerde transmissiesignaal en reflectiesignaal verzamelen, die worden versterkt door een fotovermenigvuldigerbuis. Vervolgens worden ze rechtstreeks omgezet van analoog naar digitaal en verzameld door een computer of via een spectroscopisch systeem in een spectrometer ingevoerd om spectrale informatie te verkrijgen. Systeemcontrole, data-acquisitie, beeldweergave en gegevensverwerking worden allemaal door computers uitgevoerd. Uit het bovenstaande beeldvormingsproces blijkt dat optische microscopie in het nabije veld tegelijkertijd drie soorten informatie kan verzamelen, namelijk de oppervlaktemorfologie van het monster, optische signalen in het nabije veld en spectrale signalen.
