Princip optičke mikroskopije bliskog polja
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) od objekta.
Na temelju principa detekcije i slikanja polja bez zračenja, optički mikroskopi bliskog polja mogu probiti granicu difrakcije običnih optičkih mikroskopa i provesti optičko snimanje nanometara i spektralno istraživanje u ultra-visokoj optičkoj rezoluciji.
Optički mikroskop bliskog polja sastoji se od sonde, uređaja za prijenos signala, kontrole skeniranja, obrade signala i sustava povratne sprege signala. Načelo generiranja i otkrivanja bliskog polja: Upadno svjetlo obasjava objekt s mnogo malih i finih struktura na površini. Ove fine strukture, pod djelovanjem upadnog svjetlosnog polja, proizvode reflektirane valove uključujući evanescentne valove ograničene na površinu objekta i valove koji se šire prema daljini. Evanescentni valovi dolaze iz finih struktura unutar objekata (objekti manji od valne duljine). Valovi koji se šire dolaze iz grubih struktura u objektu (objekti veći od valne duljine), koji ne sadrže nikakvu informaciju o finoj strukturi objekta. Ako se vrlo mali centar raspršenja koristi kao nanodetektor (kao što je sonda) i postavi dovoljno blizu površine objekta, evanescentni val se pobuđuje, uzrokujući njegovo ponovno emitiranje svjetlosti. Svjetlost koju stvara ova ekscitacija također uključuje nedetektabilne evanescentne valove i valove širenja koji se mogu širiti do detekcije na daljinu, dovršavajući proces detekcije bliskog polja. Prijelaz između evanescentnog polja i polja propagacije je linearan, a polje propagacije točno odražava promjene u latentnom polju. Ako se centar raspršenja koristi za skeniranje površine objekta, može se dobiti dvodimenzionalna slika. Prema principu međusobne inverzije, interakcija između izvora svjetlosti iradijacije i nanodetektora se zamjenjuje, te se uzorak obasjava izvorom nanosvjetla (evanescentno polje). Zbog efekta raspršenja fine strukture objekta u usporedbi s poljem emisije, evanescentni val se pretvara u propagirajući val koji se može detektirati na daljinu, a rezultati su potpuno identični.
Optička mikroskopija bliskog polja je tehnika digitalnog snimanja koja uključuje skeniranje i snimanje sonde točku po točku na površini uzorka. Slika 1 je dijagram načela snimanja optičkog mikroskopa bliskog polja. Metoda grube aproksimacije xyz na slici može prilagoditi udaljenost između sonde i uzorka s točnošću od desetaka nanometara; Skeniranje xy i z-kontrola mogu kontrolirati skeniranje sonde i povratnu informaciju u z-smjeru s točnošću od 1 nm. Upadni laser na slici uvodi se u sondu kroz optičko vlakno i može promijeniti stanje polarizacije upadne svjetlosti prema zahtjevima. Kada upadni laser ozrači uzorak, detektor može zasebno prikupiti signal prijenosa i signal refleksije moduliran uzorkom, koji se pojačavaju fotomultiplikatorskom cijevi. Zatim se izravno pretvaraju iz analognog u digitalno i prikupljaju računalo ili unose u spektrometar kroz spektroskopski sustav kako bi se dobile spektralne informacije. Kontrolu sustava, prikupljanje podataka, prikaz slike i obradu podataka obavljaju računala. Iz gornjeg procesa snimanja može se vidjeti da optička mikroskopija bliskog polja može istovremeno prikupiti tri vrste informacija, naime morfologiju površine uzorka, optičke signale bliskog polja i spektralne signale.
