Yakın alanda optik mikroskopinin ilkeleri
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).
Radyatif olmayan alanların tespit ve görüntüleme prensiplerine dayanan yakın alan optik mikroskopları, sıradan optik mikroskopların kırınım sınırını aşabilir ve ultra yüksek optik çözünürlükte nano ölçekli optik görüntüleme ve nano ölçekli spektral araştırmalar gerçekleştirebilir.
Yakın alan optik mikroskopları; problar, sinyal iletim cihazları, tarama kontrolü, sinyal işleme ve sinyal geri besleme sistemlerinden oluşur. Yakın alan oluşturma ve algılama ilkesi: Gelen ışık, yüzeyinde çok sayıda küçük yapı bulunan bir nesneyi ışınlar. Gelen ışık alanının etkisi altında, bu yapılar tarafından üretilen yansıyan dalgalar, nesnenin yüzeyiyle sınırlı olan ve çok uzaklara yayılan, kaybolan dalgaları içerir. dalgalar yayar. Fani dalgalar nesnelerdeki (dalga boyundan daha küçük nesneler) küçük yapılardan kaynaklanır. Yayılan dalga, nesnenin ince yapısı hakkında herhangi bir bilgi içermeyen, nesnenin kaba yapısından (dalga boyundan daha büyük nesneler) gelir. Çok küçük bir saçılma merkezi nanodetektör olarak (prob gibi) kullanılırsa ve nesnenin yüzeyine yeterince yakın yerleştirilirse, kaybolan dalga heyecanlanacak ve tekrar ışık yaymasını sağlayacaktır. Bu uyarılmış ışık aynı zamanda tespit edilemeyen geçici dalgalar ve tespit için uzak konumlara yayılabilen yayılan dalgalar da içerir. Bu işlem yakın alan tespitini tamamlar. Fani alan ile yayılan alan arasındaki dönüşüm doğrusaldır ve yayılan alan, fani alandaki değişiklikleri doğru bir şekilde yansıtır. Bir nesnenin yüzeyini taramak için saçılma merkezi kullanılırsa iki boyutlu bir görüntü elde edilebilir. Karşılıklılık ilkesine göre, aydınlatma ışık kaynağının ve nano dedektörün rolleri değiştirilir ve numuneyi aydınlatmak için nano ışık kaynağı (geçici alan) kullanılır. Nesnenin ince yapısının aydınlatma alanı üzerindeki saçılma etkisi nedeniyle, kaybolan dalga uzaktan algılanabilen bir sinyale dönüştürülür. Tespit edilen yayılan dalgaların sonuçları tamamen aynıdır.
Yakın alan optik mikroskopisi, numune yüzeyindeki nokta nokta taramak ve dijital görüntüleme öncesinde bunu noktadan noktaya kaydetmek için bir prob kullanır. Şekil 1, yakın alan optik mikroskobunun görüntüleme prensibi diyagramıdır. Şekilde, xyz kaba yaklaşım yöntemi, prob ile numune arasındaki mesafeyi onlarca nanometrelik bir doğrulukla ayarlayabilmektedir; xy tarama ve z kontrolü ise prob taramayı ve z yönündeki geri bildirim takibini 1nm doğrulukla kontrol edebilir. Şekildeki gelen lazer, bir optik fiber aracılığıyla proba iletilir ve gelen ışığın polarizasyon durumu gereksinimlere göre değiştirilebilir. Gelen lazer numuneyi ışınladığında, dedektör numune tarafından modüle edilen, fotoçoğaltıcı tüp tarafından güçlendirilen ve daha sonra doğrudan analogdan dijitale dönüştürülen ve daha sonra bir bilgisayar tarafından toplanan veya girilen iletim sinyalini ve yansıma sinyalini ayrı ayrı toplayabilir. Spektrumu elde etmek için spektroskopik bir sistem aracılığıyla spektrometre. bilgi. Sistem kontrolü, veri toplama, görüntü görüntüleme ve veri işlemenin tamamı bilgisayarlar tarafından gerçekleştirilir. Yukarıdaki görüntüleme sürecinden yakın alan optik mikroskoplarının aynı anda üç tür bilgiyi toplayabildiği görülebilir; yani numunenin yüzey morfolojisi, yakın alan optik sinyalleri ve spektral sinyaller.
