میکروسکوپ نوری معمولی و میکروسکوپ نوری نزدیک میدان
میکروسکوپ نوری نزدیک به میدان انقلابی بر روی میکروسکوپ های نوری معمولی است. از لنزهای نوری برای تصویربرداری استفاده نمی کند ، اما از نوک پروب برای اسکن بالای سطح نمونه استفاده می کند تا اطلاعات مربوط به سطح نمونه را بدست آورید. به تجزیه و تحلیل جوهر فیزیکی اصول تصویربرداری بین میکروسکوپ های نوری سنتی و میکروسکوپ های نوری نزدیک به میدان و همچنین شباهت ها و تفاوت در ساختارهای دو سیستم میکروسکوپ. روش تولید پروب های فیبر نوری را معرفی کرد. تمرکز روی اصول تشخیص نزدیک به میدان ، اثرات تونل سازی نوری و خواص میدان های غیر تابشی بود.
میکروسکوپ های نوری سنتی قدیمی ترین اعضای خانواده میکروسکوپ هستند که سابقه چند صد سال دارند. این قبلاً تنها وسیله ای برای مشاهده ساختارهای کوچک بود. میکروسکوپ های نوری سنتی عمدتا از لنزهای نوری برای بزرگنمایی یا اشیاء تصویر استفاده می کنند. به طور کلی ، یک لنز واحد می تواند یک شیء را چندین ده بار بزرگ کند و استفاده از ترکیبی از لنزها تقریباً می تواند آن را تا تقریباً هزار بار بزرگ کند. اثر پراش نور امکان بهبود بیشتر وضوح میکروسکوپ های نوری را محدود می کند. این حد وضوح ریلی است.
نمای کلی از میکروسکوپ های نوری سنتی
میکروسکوپ های نوری سنتی از لنزهای نوری تشکیل شده اند. با استفاده از ضریب شکست مواد و انحنای لنز ، شیء مشاهده شده برای به دست آوردن اطلاعات دقیق آن بزرگ می شود. با این حال ، بزرگنمایی میکروسکوپ نوری نمی تواند به طور خودسرانه افزایش یابد ، زیرا با محدودیت پراش نوری محدود است.
در جایی که R فاصله بین دو نقطه است ، λ طول موج پرتو است ، N ضریب شکست محیط است و θ دیافراگم زاویه ای لنز است که پرتو را بر روی ردیاب جمع می کند و تمرکز می کند. این مسافت را مشخص می کند که در آن دو نقطه دقیقاً قابل تشخیص است ، که توسط پارامترهای سیستم تصویربرداری تعیین می شود. نابرابری فوق نشان می دهد که به منظور بهبود وضوح (یعنی کاهش فاصله R) ، فقط سه روش وجود دارد: (1) طول موج های کوتاه تر را انتخاب کنید (اگر تابش الکترومغناطیسی UV ، پرتوهای ایکس یا الکترونی انتخاب شود ، آنها مؤثرتر خواهند بود). (2) برای بهبود N ، با موادی با ضریب انکسار بالا کار کنید. این اصل میکروسکوپ غوطه وری است که توسط Amici در اواسط قرن 3 {3}} اختراع شده است. (3) زاویه دیافراگم میکروسکوپ را افزایش دهید. میکروسکوپ های الکترونی از تیرهای الکترونی به جای پرتوهای نوری استفاده می کنند و وضوح آن را تا حد زیادی بهبود می بخشند. لازم به ذکر است که معیار ریلی مبتنی بر فرض انتشار امواج است. اگر می توان زمینه های غیر تابشی را تشخیص داد ، انتظار می رود از معیار ریلی جلوگیری شود و محدودیت های موانع پراش را به طور کامل تجزیه کند.
اصل میکروسکوپ نوری نزدیک میدان
ما می توانیم فرآیند تصویربرداری را به شرح زیر درک کنیم: هنگامی که یک فوتون یا الکترونی ساطع شده توسط یک منبع نور بر روی یک هدف هدف پیش بینی می شود ، توسط برخی از ردیاب ها منعکس و ضبط می شود یا دریافت می شود (مانند چشم یا دوربین ناظر). با توجه به این واقعیت که مسیر و تعداد ذرات منعکس شده به خواص جسم مربوط می شود ، تیرهای ذرات اطلاعاتی در مورد ویژگی های جسم دارند. ما طرح را روی یک هدف "تصویر" می نامیم. از نظر جسمی ، اشیاء و تصاویر بسیار متفاوت هستند: اشیاء به طور کلی سه بعدی هستند. و معمولاً یک پیش بینی دو بعدی از مقادیر فیزیکی مربوط به ساختار جسم است ، زیرا محیط ضبط دو بعدی است. این مقدار فیزیکی معمولاً شدت نور است ، زیرا ردیاب ها فقط به شدت نور حساس هستند. اگر خود شیء را با یک میدان نوری مربوط به جسم جایگزین کنیم ، ممکن است رابطه بین میدان شی و میدان تصویر را بررسی کنیم ، یعنی رابطه بین شدت میدان شی و شدت آن در صفحه تصویر. با این حال ، اولین سؤالی که باید به آن پاسخ داده شود این است: رابطه بین ساختار یک شی و میدان نور آن چیست؟ در اصل ، معادلات ماکسول راهی برای مطالعه این مشکل ارائه می دهند: تغییرات توزیع جریان الکترون یا چگالی بار در داخل یک شی تحت عمل یک میدان الکترومغناطیسی خارجی. بار و جریانهای نوسان می توانند باعث تغییر در میدان الکترومغناطیسی شوند و به آن اجازه می دهند از سطح یک شی به فضای خارجی پخش شود. طبق اصل تداوم ، منطقی به نظر می رسد که استنباط کنیم که توزیع بار و جریانهای روی سطح یک شی می تواند از توزیع میدان مکانی بسیار نزدیک به جسم بازسازی شود. با توجه به این واقعیت که توزیع هزینه ها یا جریان ها فقط در مسافت های بسیار کوچک (به طور کلی کمتر از طول موج) تغییر می کند ، ما همچنین فرض می کنیم که "قسمت فضایی بسیار نزدیک به جسم" فقط در چنین مسافت های کوچک تغییر می کند.
