Wat is het verschil tussen een optische microscoop in het nabije veld en een microscoop in het verre veld
Wat is Near Field Optische Microscopie?
Sinds de jaren tachtig, met de vooruitgang van wetenschap en technologie naar kleinschalige en laagdimensionale ruimtes en de ontwikkeling van scanning-sondemicroscopietechnologie, is er een nieuw interdisciplinair onderwerp - near-field optica - ontstaan op het gebied van optica. Near-field-optica heeft een revolutie teweeggebracht in de traditionele optische resolutielimiet. De opkomst van een nieuw type nabij-veld optische microscoop (NSOM — Near-field Scanning Optical Microscope, of SNOM) heeft het gezichtsveld van mensen vergroot van de helft van de golflengte van invallend licht tot enkele tienden van de golflengte, dat wil zeggen de nanometer schaal. Bij optische microscopie in het nabije veld worden de lenzen in conventionele optische instrumenten vervangen door kleine optische sondes met puntopeningen die veel kleiner zijn dan de golflengte van licht.
Al in 1928 stelde Synge voor dat na het bestralen van invallend licht door een klein gaatje met een opening van 10 nm naar een monster met een afstand van 10 nm, scannen met een stapgrootte van 10 nm en het verzamelen van het optische signaal van het microgebied, het mogelijk is om een superhoge resolutie te verkrijgen. In deze intuïtieve beschrijving heeft Synge duidelijk de belangrijkste kenmerken van moderne optische microscopie in het nabije veld voorspeld.
In 1970 pasten Ash en Nicholls het concept van near field toe om tweedimensionale beeldvorming te realiseren met een resolutie van K/60 in de microgolfband (K=3cm). In 1983 vervaardigde het BM Zurich Research Center met succes lichtgaten op nanoschaal in de punt van een met metaal gecoat kwartskristal. Beelden met ultrahoge optische resolutie bij K/20 worden verkregen met behulp van tunnelstroom als feedback voor de afstand tussen de sonde en het monster. De aanzet om near-field-optica onder bredere aandacht te brengen, kwam van AT&T Bell Laboratories. In 1991 hebben Betzig et al. gebruikte optische vezel om een taps toelopend optisch gat te maken met een hoge lichtstroom, en plaatste een metaalfilm op de zijkant, gekoppeld aan een unieke afschuifkracht-sonde-sample-afstandsaanpassingsmethode, die niet alleen de uitgezonden fotonflux verhoogde. Tegelijkertijd biedt het een stabiele en betrouwbare besturingsmethode, die heeft geleid tot optische waarneming met hoge resolutie van optische microscopie in het nabije veld op verschillende gebieden, zoals biologie, chemie, magneto-optische domeinen en apparaten voor informatieopslag met hoge dichtheid. en kwantumapparaten. reeks onderzoeken. De zogenaamde near-field-optica is relatief ten opzichte van far-field-optica. Traditionele optische theorieën, zoals geometrische optica en fysische optica, bestuderen meestal alleen de verdeling van lichtvelden ver weg van lichtbronnen of objecten, en worden over het algemeen far-field optica genoemd. In principe is er een far-field-diffractielimiet in far-field-optica, die de minimale resolutiegrootte en minimale markeringsgrootte beperkt bij gebruik van het principe van far-field-optica voor microscopie en andere optische toepassingen. Near-field optics bestudeert daarentegen de verdeling van lichtvelden binnen een golflengtebereik van een lichtbron of object. Op het gebied van near-field optica-onderzoek wordt de far-field diffractielimiet verbroken en is de resolutielimiet in principe niet langer onderhevig aan enige beperking en kan deze oneindig klein zijn, zodat de optische resolutie van microscopische beeldvorming en andere optische toepassingen kunnen worden verbeterd op basis van het principe van near-field optics. Tarief.
De optische resolutie op basis van near-field optische technologie kan het nanometerniveau bereiken en de resolutiediffractielimiet van traditionele optica doorbreken, wat krachtige operaties, meetmethoden en instrumentsystemen zal bieden voor vele gebieden van wetenschappelijk onderzoek, met name de ontwikkeling van nanotechnologie. Op dit moment worden optische microscopen met nabij-veldscanning en nabij-veld-spectrometers op basis van detectie van verdwijnend veld toegepast op het gebied van natuurkunde, biologie, scheikunde en materiaalwetenschap, en het toepassingsgebied breidt zich voortdurend uit; terwijl andere toepassingen op basis van near-field optica, zoals nanolithografie en ultra-high-density near-field optische opslag, nano-optische componenten, het vangen en manipuleren van deeltjes op nanoschaal, enz. ook de aandacht hebben getrokken van veel wetenschappers.
Behalve dat ze beide microscopen heten, zijn er niet veel overeenkomsten.
Allereerst is het grootste verschil dat de resolutie anders is. De verre veldmicroscoop, dat wil zeggen de traditionele optische microscoop, wordt beperkt door de diffractielimiet. Het is moeilijk om een duidelijk beeld te krijgen in gebieden die kleiner zijn dan de golflengte van licht; terwijl de microscoop in het nabije veld een duidelijke weergave kan bereiken.
Ten tweede is het principe anders. De verre-veldmicroscoop maakt gebruik van de reflectie en breking van licht, enz., en kan de combinatie van lenzen gebruiken; terwijl in het nabije veld een sonde nodig is, en de koppeling en conversie van het verdwijnende veld en het transmissieveld worden gebruikt om lichtuitlijning te bereiken. signaal acquisitie.
Ook de complexiteit van het instrument, de kosten, etc. zijn niet hetzelfde.
