El principio de la microscopía óptica de campo cercano.
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) del objeto.
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 realizar imágenes ópticas a nanoescala e investigaciones espectrales con una resolución óptica ultraalta.
El microscopio óptico de campo cercano consta de una sonda, un dispositivo de transmisión de señales, un control de escaneo, un procesamiento de señales y un sistema de retroalimentación de señales. El principio de generación y detección de campo cercano: la luz incidente incide sobre un objeto con muchas estructuras pequeñas y finas en la superficie. Estas finas estructuras, bajo la acción del campo luminoso incidente, producen ondas reflejadas, incluidas ondas evanescentes limitadas a la superficie del objeto y ondas que se propagan a lo lejos. Las ondas evanescentes provienen de estructuras finas dentro de los objetos (objetos más pequeños que la longitud de onda). Las ondas que se propagan provienen de las estructuras rugosas del objeto (objetos más grandes que la longitud de onda), que no contienen 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 excita y hace que emita luz nuevamente. La luz generada por esta excitación también incluye ondas evanescentes indetectables y ondas de propagación que pueden propagarse hasta una detección distante, completando el proceso de detección de campo cercano. La transición entre el campo evanescente y el campo de propagación es lineal y el campo de propagación refleja con precisión los cambios en el campo latente. Si se utiliza un centro de dispersión para escanear la superficie de un objeto, se puede obtener una imagen bidimensional. Según el principio de inversión mutua, la interacción entre la fuente de luz de irradiación y el nanodetector se intercambia y la muestra se irradia con una fuente de nanoluz (campo evanescente). Debido al efecto de dispersión de la fina estructura del objeto en comparación con el campo de emisión, la onda evanescente se convierte en una onda propagante que puede detectarse a distancia y los resultados son completamente idénticos.
La microscopía óptica de campo cercano es una técnica de imágenes digitales que implica escanear y registrar una sonda punto por punto en la superficie de una muestra. La Figura 1 es un diagrama del principio de obtención de imágenes de un microscopio óptico de campo cercano. El método de aproximación aproximada de xyz en la figura puede ajustar la distancia entre la sonda y la muestra con una precisión de decenas de nanómetros; El escaneo xy y el control z pueden controlar el escaneo de la sonda y la retroalimentación de la dirección z con una precisión de 1 nm. El láser incidente de la figura se introduce en la sonda a través de una fibra óptica y puede cambiar el estado de polarización de la luz incidente según las necesidades. Cuando el láser incidente irradia la muestra, el detector puede recolectar por separado la señal de transmisión y la señal de reflexión moduladas por la muestra, que se amplifican mediante un tubo fotomultiplicador. Luego, se convierten directamente de analógico a digital y se recopilan mediante una computadora o se ingresan en un espectrómetro a través de un sistema espectroscópico para obtener información espectral. El control del sistema, la adquisición de datos, la visualización de imágenes y el procesamiento de datos se realizan mediante computadoras. Del proceso de imágenes anterior, se puede ver que la microscopía óptica de campo cercano puede recopilar simultáneamente tres tipos de información, a saber, la morfología de la superficie de la muestra, señales ópticas de campo cercano y señales espectrales.
