اصل میکروسکوپ نوری میدان نزدیک

اصل میکروسکوپ نوری میدان نزدیک

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) از جسم.
بر اساس اصول تشخیص و تصویربرداری از میدان‌های غیر تابشی، میکروسکوپ‌های نوری میدان نزدیک می‌توانند از حد پراش میکروسکوپ‌های نوری معمولی عبور کنند و تصویربرداری نوری و تحقیقات طیفی در مقیاس نانو را با وضوح نوری فوق‌العاده بالا انجام دهند.

میکروسکوپ نوری میدان نزدیک از یک پروب، دستگاه انتقال سیگنال، کنترل اسکن، پردازش سیگنال و سیستم بازخورد سیگنال تشکیل شده است. اصل تولید و تشخیص میدان نزدیک: نور فرودی به جسمی با ساختارهای کوچک و ظریف زیادی روی سطح می تابد. این ساختارهای ظریف، تحت تأثیر میدان نور فرودی، امواج منعکس شده از جمله امواج محو شده محدود به سطح جسم و انتشار امواج به سمت فاصله را تولید می کنند. امواج فرورونده از ساختارهای ظریف درون اجسام (اجرای کوچکتر از طول موج) می آیند. امواج منتشر شده از ساختارهای ناهموار موجود در جسم (اجرای بزرگتر از طول موج) می آیند که هیچ اطلاعاتی در مورد ساختار ظریف جسم ندارند. اگر از یک مرکز پراکندگی بسیار کوچک به عنوان نانوردیاب (مانند کاوشگر) استفاده شود و به اندازه کافی نزدیک به سطح جسم قرار گیرد، موج ناپدید کننده برانگیخته می شود و باعث می شود که دوباره نور ساطع کند. نور تولید شده توسط این برانگیختگی همچنین شامل امواج غیرقابل تشخیص و امواج انتشاری است که می توانند تا تشخیص دور منتشر شوند و فرآیند تشخیص میدان نزدیک را تکمیل کنند. انتقال بین میدان ناپایدار و میدان انتشار خطی است و میدان انتشار به طور دقیق تغییرات میدان پنهان را منعکس می کند. اگر از مرکز پراکندگی برای اسکن سطح یک جسم استفاده شود، می توان یک تصویر دو بعدی به دست آورد. بر اساس اصل وارونگی متقابل، برهمکنش بین منبع نور تابش و نانوردیاب مبادله می شود و نمونه با یک منبع نانو نور (میدان محو) تابش می شود. با توجه به اثر پراکندگی ساختار ظریف جسم در مقایسه با میدان انتشار، موج فروپاشی به یک موج انتشاری تبدیل می‌شود که از فاصله دور قابل تشخیص است و نتایج کاملاً یکسان است.

میکروسکوپ نوری میدان نزدیک یک تکنیک تصویربرداری دیجیتال است که شامل اسکن و ثبت یک پروب نقطه به نقطه بر روی سطح نمونه است. شکل 1 یک نمودار اصلی تصویربرداری از یک میکروسکوپ نوری میدان نزدیک است. روش تقریبی تقریبی xyz در شکل می‌تواند فاصله بین کاوشگر و نمونه را با دقت ده‌ها نانومتر تنظیم کند. اسکن xy و کنترل z می توانند اسکن پروب و بازخورد جهت z را با دقت 1 نانومتر کنترل کنند. لیزر فرودی در شکل از طریق یک فیبر نوری به کاوشگر وارد می شود و می تواند وضعیت پلاریزاسیون نور فرودی را با توجه به نیازها تغییر دهد. هنگامی که لیزر فرودی به نمونه تابش می کند، آشکارساز می تواند به طور جداگانه سیگنال انتقال و سیگنال بازتاب مدوله شده توسط نمونه را جمع آوری کند، که توسط یک لوله فتومولتیپلایر تقویت می شود. سپس مستقیماً از آنالوگ به دیجیتال تبدیل می شوند و توسط رایانه جمع آوری می شوند یا از طریق یک سیستم طیف سنجی وارد طیف سنج می شوند تا اطلاعات طیفی به دست آید. کنترل سیستم، جمع‌آوری داده‌ها، نمایش تصویر و پردازش داده‌ها همه توسط رایانه‌ها تکمیل می‌شوند. از فرآیند تصویربرداری فوق، می توان دریافت که میکروسکوپ نوری میدان نزدیک می تواند به طور همزمان سه نوع اطلاعات را جمع آوری کند، یعنی مورفولوژی سطح نمونه، سیگنال های نوری میدان نزدیک و سیگنال های طیفی.