Il principio della microscopia ottica in campo vicino
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) dall'oggetto.
Basandosi 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 condurre imaging ottico su scala nanometrica e ricerca spettrale con una risoluzione ottica ultraelevata.
Il microscopio ottico a campo vicino è costituito da una sonda, un dispositivo di trasmissione del segnale, un controllo della scansione, un'elaborazione del segnale e un sistema di feedback del segnale. Il principio della generazione e del rilevamento del campo vicino: la luce incidente colpisce un oggetto con molte strutture piccole e fini sulla superficie. Queste strutture fini, sotto l'azione del campo luminoso incidente, producono onde riflesse tra cui onde evanescenti limitate alla superficie dell'oggetto e onde propaganti verso la distanza. Le onde evanescenti provengono da strutture fini all'interno degli oggetti (oggetti più piccoli della lunghezza d'onda). Le onde che si propagano provengono dalle strutture grezze dell'oggetto (oggetti più grandi della lunghezza d'onda), che non contengono alcuna informazione sulla struttura fine dell'oggetto. Se un centro di diffusione molto piccolo viene utilizzato come nanorivelatore (come una sonda) e posizionato abbastanza vicino alla superficie dell'oggetto, l'onda evanescente viene eccitata, facendola emettere nuovamente luce. La luce generata da questa eccitazione include anche onde evanescenti non rilevabili e onde di propagazione che possono propagarsi fino al rilevamento a distanza, completando il processo di rilevamento del campo vicino. La transizione tra il campo evanescente e il campo di propagazione è lineare e il campo di propagazione riflette accuratamente i cambiamenti nel campo latente. Se si utilizza un centro di diffusione per scansionare la superficie di un oggetto, è possibile ottenere un'immagine bidimensionale. Secondo il principio della mutua inversione, l'interazione tra la sorgente luminosa di irradiazione e il nanorivelatore viene scambiata e il campione viene irradiato con una sorgente di nanoluce (campo evanescente). A causa dell'effetto di diffusione della struttura fine dell'oggetto rispetto al campo di emissione, l'onda evanescente viene convertita in un'onda propagante che può essere rilevata a distanza, e i risultati sono completamente identici.
La microscopia ottica a campo vicino è una tecnica di imaging digitale che prevede la scansione e la registrazione di una sonda punto per punto sulla superficie di un campione. La Figura 1 è un diagramma del principio di imaging di un microscopio ottico a campo vicino. Il metodo di approssimazione di xyz nella figura può regolare la distanza tra la sonda e il campione con una precisione di decine di nanometri; La scansione xy e il controllo z possono controllare la scansione della sonda e il feedback della direzione z con una precisione di 1 nm. Il laser incidente in figura viene introdotto nella sonda attraverso una fibra ottica e può modificare lo stato di polarizzazione della luce incidente 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 da un tubo fotomoltiplicatore. Quindi, vengono convertiti direttamente da analogico a digitale e raccolti da un computer o inseriti in uno spettrometro attraverso un sistema spettroscopico per ottenere informazioni spettrali. Il controllo del sistema, l'acquisizione 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 la microscopia ottica in campo vicino può raccogliere simultaneamente tre tipi di informazioni, vale a dire la morfologia superficiale del campione, i segnali ottici in campo vicino e i segnali spettrali.
