Principi di microscopia ottica nel campo vicino
Traditional optical microscopes are composed of optical lenses that can magnify objects to thousands of times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely because it will encounter the obstacle of the diffraction limit of light waves. Traditional optics The resolution of a microscope cannot exceed half the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as a light source, it can only distinguish two objects that are 200nm apart. In practical applications, λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are performed far away from the object (>>λ).
Basati sui principi di rilevamento e imaging dei campi non radiativi, i microscopi ottici a campo vicino possono superare il limite di diffrazione dei normali microscopi ottici e possono condurre imaging ottico su scala nanometrica e ricerca spettrale su scala nanometrica con una risoluzione ottica ultraelevata.
I microscopi ottici a campo vicino sono composti da sonde, dispositivi di trasmissione del segnale, sistemi di controllo della scansione, elaborazione del segnale e feedback del segnale. Principio della generazione e rilevamento del campo vicino: la luce incidente irradia un oggetto con molte piccole strutture sulla superficie. Sotto l'azione del campo luminoso incidente, le onde riflesse generate da queste strutture comprendono onde evanescenti limitate alla superficie dell'oggetto e propagate a grande distanza. onde che si propagano. Le onde evanescenti hanno origine da minuscole strutture negli oggetti (oggetti più piccoli della lunghezza d'onda). L'onda che si propaga proviene dalla struttura grezza dell'oggetto (oggetti più grandi della lunghezza d'onda), che non contiene alcuna informazione sulla struttura fine dell'oggetto. Se un centro di diffusione molto piccolo viene utilizzato come nanorivelatore (come una sonda) e viene posizionato abbastanza vicino alla superficie dell'oggetto, l'onda evanescente verrà eccitata e gli farà emettere nuovamente luce. Questa luce eccitata contiene anche onde evanescenti non rilevabili e onde propagate che possono propagarsi in luoghi distanti per essere rilevate. Questo processo completa il rilevamento del campo vicino. La conversione tra il campo evanescente e il campo di propagazione è lineare e il campo di propagazione riflette accuratamente i cambiamenti nel campo evanescente. Se si utilizza un centro di diffusione per scansionare la superficie di un oggetto, è possibile ottenere un'immagine bidimensionale. Secondo il principio di reciprocità, i ruoli della sorgente luminosa di illuminazione e del nanorivelatore sono scambiati e la sorgente nanoluminosa (campo evanescente) viene utilizzata per illuminare il campione. A causa dell'effetto di diffusione della struttura fine dell'oggetto sul campo di illuminazione, l'onda evanescente viene convertita in un segnale rilevabile a distanza. I risultati delle onde di propagazione rilevate sono esattamente gli stessi.
La microscopia ottica a campo vicino utilizza una sonda per scansionare punto per punto la superficie del campione e registrarlo punto per punto prima dell'imaging digitale. La Figura 1 è il diagramma del principio di imaging di un microscopio ottico a campo vicino. Nella figura, il metodo di approssimazione approssimativa xyz può regolare la distanza tra la sonda e il campione con una precisione di decine di nanometri; mentre la scansione xy e il controllo z possono controllare la scansione della sonda e il follow-up del feedback nella direzione z con una precisione di 1 nm. Il laser incidente in figura viene introdotto nella sonda attraverso una fibra ottica, e lo stato di polarizzazione della luce incidente può essere modificato a seconda delle esigenze. Quando il laser incidente irradia il campione, il rilevatore può raccogliere separatamente il segnale di trasmissione e il segnale di riflessione modulato dal campione, che vengono amplificati dal tubo fotomoltiplicatore, quindi convertiti direttamente da analogico a digitale e quindi raccolti da un computer o immessi nel spettrometro attraverso un sistema spettroscopico per ottenere lo spettro. informazione. Il controllo del sistema, la raccolta dei dati, la visualizzazione delle immagini e l'elaborazione dei dati sono tutti completati dai computer. Dal processo di imaging di cui sopra si può vedere che i microscopi ottici a campo vicino possono raccogliere tre tipi di informazioni contemporaneamente, vale a dire la morfologia superficiale del campione, i segnali ottici a campo vicino e i segnali spettrali.
