Principios de microscopía óptica en el campo cercano.
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).
Basados en los principios de detección e imágenes de campos no radiativos, los microscopios ópticos de campo cercano pueden superar el límite de difracción de los microscopios ópticos ordinarios y pueden realizar imágenes ópticas a nanoescala e investigaciones espectrales a nanoescala con una resolución óptica ultraalta.
Los microscopios ópticos de campo cercano se componen de sondas, dispositivos de transmisión de señales, control de escaneo, procesamiento de señales y sistemas de retroalimentación de señales. Principio de generación y detección de campo cercano: la luz incidente irradia un objeto con muchas estructuras diminutas en la superficie. Bajo la acción del campo luminoso incidente, las ondas reflejadas generadas por estas estructuras incluyen ondas evanescentes limitadas a la superficie del objeto y que se propagan a gran distancia. ondas que se propagan. Las ondas evanescentes se originan a partir de estructuras diminutas en los objetos (objetos más pequeños que la longitud de onda). La onda que se propaga proviene de la estructura rugosa del objeto (objetos más grandes que la longitud de onda), que no contiene ninguna información sobre la estructura fina del objeto. Si se utiliza un centro de dispersión muy pequeño como nanodetector (como una sonda) y se coloca lo suficientemente cerca de la superficie del objeto, la onda evanescente se excitará y hará que emita luz nuevamente. Esta luz excitada también contiene ondas evanescentes indetectables y ondas propagadas que pueden propagarse a lugares distantes para su detección. Este proceso completa la detección de campo cercano. La conversión entre el campo evanescente y el campo propagante es lineal y el campo propagante refleja con precisión los cambios en el campo evanescente. Si se utiliza un centro de dispersión para escanear la superficie de un objeto, se puede obtener una imagen bidimensional. Según el principio de reciprocidad, las funciones de la fuente de luz de iluminación y del nanodetector se intercambian, y la fuente de nanoluz (campo evanescente) se utiliza para iluminar la muestra. Debido al efecto de dispersión de la fina estructura del objeto en el campo de iluminación, la onda evanescente se convierte en una señal que puede detectarse a distancia. Los resultados de las ondas que se propagan detectadas son exactamente los mismos.
La microscopía óptica de campo cercano utiliza una sonda para escanear punto por punto en la superficie de la muestra y registrarla punto por punto antes de obtener imágenes digitales. La Figura 1 es el diagrama del principio de obtención de imágenes de un microscopio óptico de campo cercano. En la figura, el método de aproximación aproximada xyz puede ajustar la distancia entre la sonda y la muestra con una precisión de decenas de nanómetros; mientras que el escaneo xy y el control z pueden controlar el escaneo de la sonda y el seguimiento de retroalimentación en la dirección z con una precisión de 1 nm. El láser incidente en la figura se introduce en la sonda a través de una fibra óptica y el estado de polarización de la luz incidente se puede cambiar según los requisitos. Cuando el láser incidente irradia la muestra, el detector puede recolectar por separado la señal de transmisión y la señal de reflexión modulada por la muestra, que son amplificadas por el tubo fotomultiplicador y luego convertidas directamente de analógica a digital y luego recolectadas por una computadora o ingresadas en el espectrómetro a través de un sistema espectroscópico para obtener el espectro. información. El control del sistema, la recopilación de datos, la visualización de imágenes y el procesamiento de datos se realizan mediante computadoras. Del proceso de imágenes anterior se puede ver que los microscopios ópticos de campo cercano pueden recopilar tres tipos de información al mismo tiempo, a saber, la morfología de la superficie de la muestra, señales ópticas de campo cercano y señales espectrales.
