مبانی میکروسکوپ نوری میدان نزدیک مبانی میکروسکوپ نوری میدان نزدیک

مبانی میکروسکوپ نوری میدان نزدیک مبانی میکروسکوپ نوری میدان نزدیک

The traditional optical microscope consists of optical lenses that can magnify an object up to thousands of times to observe the details. Due to the diffraction effect of light waves, an infinite increase in magnification is not possible because the obstacle of the diffraction limit of light waves will be encountered, and the resolution of the traditional optical microscope cannot be more than half of the wavelength of light. For example, with a wavelength of λ = 400nm of green light as a light source, can only distinguish between two objects that are 200nm apart. In practice λ>400nm, the resolution is somewhat lower. This is due to the fact that optical observation in general is made at a great distance from the object (>>λ).

میکروسکوپ نوری میدان نزدیک، بر اساس اصل کاوش و تصویربرداری میدان بدون تشعشع، قادر است از حد پراشی که میکروسکوپ‌های نوری معمولی در معرض آن قرار می‌گیرند، عبور کند و امکان انجام تصویربرداری نوری در مقیاس نانو و مطالعات طیف‌سنجی در مقیاس نانو را در حالت فوق‌العاده فراهم کند. وضوح نوری بالا

میکروسکوپ نوری میدان نزدیک از پروب، دستگاه انتقال سیگنال، کنترل اسکن، پردازش سیگنال و سیستم بازخورد سیگنال تشکیل شده است. اصل تولید و تشخیص میدان نزدیک: تابش نور تابشی به سطح جسم با ریزساختارهای بسیار ریز، این ریزساختارها در نقش میدان نور فرودی هستند، موج منعکس شده حاصل حاوی یک موج ناگهانی محدود به سطح جسم و انتشار است. امواج به دوردست امواج ناگهانی از ساختارهای ظریف موجود در جسم (اجرای کوچکتر از طول موج) می آیند. موج منتشر شده از ساختار خشن جسم (اجرای بزرگتر از طول موج) می آید که حاوی هیچ اطلاعاتی در مورد ساختار ظریف جسم نیست. اگر از یک مرکز پراکندگی بسیار کوچک به عنوان یک نانوردیاب استفاده شود (مثلاً یک کاوشگر)، به اندازه کافی نزدیک به سطح جسم قرار داده شود تا موج سریع را تحریک کند و باعث شود دوباره نور ساطع شود. نور تولید شده توسط این تحریک همچنین حاوی امواج سریع غیرقابل تشخیص و امواج در حال انتشار است که می توانند تا تشخیص های دور منتشر شوند و این فرآیند تشخیص میدان نزدیک را کامل می کند. انتقال بین میدان سریع و میدان انتشار خطی است و میدان انتشار به طور دقیق تغییرات میدان پنهان را منعکس می کند. اگر از مرکز پراکندگی برای اسکن روی سطح یک جسم استفاده شود، می توان یک تصویر دو بعدی به دست آورد. بر اساس اصل متقابل، نقش منبع نور تابش و نانو آشکارساز با یکدیگر سوئیچ می شود و نمونه با منبع نور نانو (میدان ناگهانی) تابش می شود و به دلیل پراکندگی میدان تابش می شود. با ساختار ظریف جسم، موج ناگهانی به موجی در حال انتشار تبدیل می شود که از فاصله دور قابل تشخیص است و نتیجه دقیقاً یکسان است.

میکروسکوپ نوری میدان نزدیک شامل اسکن نقطه به نقطه و ثبت نقطه به نقطه توسط یک کاوشگر روی سطح نمونه و به دنبال آن تصویربرداری دیجیتال است. شکل 1 شماتیک تصویربرداری یک میکروسکوپ نوری میدان نزدیک را نشان می دهد. در شکل، روش تقریب درشت xyz می تواند فاصله کاوشگر تا نمونه را با دقت ده ها نانومتر تنظیم کند. در حالی که اسکن xy و کنترل z را می توان با دقت 1 نانومتر برای کنترل اسکن پروب و بازخورد جهت z دنبال کرد. لیزر فرودی، که در شکل نشان داده شده است، از طریق یک فیبر نوری به کاوشگر وارد می شود و وضعیت پلاریزاسیون نور فرودی را می توان با توجه به نیازها تغییر داد. هنگامی که لیزر فرودی به نمونه تابش می کند، آشکارساز می تواند سیگنال های انتقال و انعکاس مدوله شده توسط نمونه و تقویت شده توسط لوله فتومولتیپلایر را به طور جداگانه جمع آوری کند و سپس مستقیماً توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال از طریق اکتساب رایانه یا از طریق سیستم طیف سنجی به طیف سنج برای بدست آوردن اطلاعات طیفی کنترل سیستم، جمع آوری داده ها، نمایش تصویر و پردازش داده ها توسط کامپیوتر تکمیل می شود. از فرآیند تصویربرداری فوق، می توان دریافت که میکروسکوپ نوری میدان نزدیک می تواند به طور همزمان سه نوع اطلاعات، یعنی مورفولوژی سطح نمونه، سیگنال نوری میدان نزدیک و سیگنال طیفی را جمع آوری کند.