Βασικά στοιχεία της οπτικής μικροσκοπίας κοντινού πεδίου Βασικά της οπτικής μικροσκοπίας κοντινού πεδίου
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).
Το οπτικό μικροσκόπιο κοντινού πεδίου, που βασίζεται στην αρχή της ανίχνευσης και απεικόνισης πεδίου χωρίς ακτινοβολία, είναι σε θέση να διαπεράσει το όριο περίθλασης στο οποίο υπόκεινται τα συνηθισμένα οπτικά μικροσκόπια, επιτρέποντας τη διεξαγωγή οπτικής απεικόνισης και φασματοσκοπικών μελετών νανοκλίμακας σε υπερ υψηλή οπτική ανάλυση.
Το οπτικό μικροσκόπιο κοντινού πεδίου αποτελείται από καθετήρα, συσκευή μετάδοσης σήματος, έλεγχο σάρωσης, επεξεργασία σήματος και σύστημα ανάδρασης σήματος. Αρχή δημιουργίας και ανίχνευσης κοντινού πεδίου: ακτινοβολία προσπίπτοντος φωτός στην επιφάνεια του αντικειμένου με πολλές μικροσκοπικές μικροδομές, αυτές οι μικροδομές στο ρόλο του πεδίου προσπίπτοντος φωτός, το ανακλώμενο κύμα που προκύπτει περιέχει ένα ξαφνικό κύμα που περιορίζεται στην επιφάνεια του αντικειμένου και διαδίδεται κύματα στην απόσταση. Τα ξαφνικά κύματα προέρχονται από τις λεπτές δομές στο αντικείμενο (αντικείμενα μικρότερα από το μήκος κύματος). Το κύμα διάδοσης προέρχεται από την τραχιά δομή του αντικειμένου (αντικείμενα μεγαλύτερα από το μήκος κύματος) η οποία δεν περιέχει καμία πληροφορία για τη λεπτή δομή του αντικειμένου. Εάν ένα πολύ μικρό κέντρο σκέδασης χρησιμοποιείται ως νανοανιχνευτής (π.χ. ανιχνευτής), τοποθετείται αρκετά κοντά στην επιφάνεια του αντικειμένου ώστε να διεγείρει το γρήγορο κύμα, αναγκάζοντας το να εκπέμπει ξανά φως. Το φως που παράγεται από αυτή τη διέγερση περιέχει επίσης μη ανιχνεύσιμα γρήγορα κύματα και διαδιδόμενα κύματα που μπορούν να διαδοθούν σε μακρινές ανιχνεύσεις, και αυτή η διαδικασία ολοκληρώνει την ανίχνευση του κοντινού πεδίου. Η μετάβαση μεταξύ του swift πεδίου και του πεδίου διάδοσης είναι γραμμική και το πεδίο διάδοσης αντικατοπτρίζει με ακρίβεια τις αλλαγές στο κρυφό πεδίο. Εάν χρησιμοποιείται κέντρο σκέδασης για σάρωση πάνω από την επιφάνεια ενός αντικειμένου, μπορεί να ληφθεί μια δισδιάστατη εικόνα. Σύμφωνα με την αρχή της αμοιβαιότητας, οι ρόλοι της πηγής φωτός ακτινοβολίας και του νανο-ανιχνευτή εναλλάσσονται μεταξύ τους και το δείγμα ακτινοβολείται με μια πηγή νανοφωτός (απότομο πεδίο) και λόγω της σκέδασης του πεδίου ακτινοβολίας από τη λεπτή δομή του αντικειμένου, το απότομο κύμα μετατρέπεται σε κύμα διάδοσης που μπορεί να ανιχνευθεί από απόσταση, και το αποτέλεσμα είναι ακριβώς το ίδιο.
Η οπτική μικροσκοπία κοντινού πεδίου αποτελείται από σάρωση σημείο προς σημείο και καταγραφή σημείο προς σημείο από έναν ανιχνευτή στην επιφάνεια του δείγματος που ακολουθείται από ψηφιακή απεικόνιση. Το σχήμα 1 δείχνει τη σχηματική απεικόνιση ενός οπτικού μικροσκοπίου κοντινού πεδίου. Στο σχήμα, η μέθοδος χονδρικής προσέγγισης xyz μπορεί να προσαρμόσει την απόσταση από τον ανιχνευτή στο δείγμα με ακρίβεια δεκάδων νανομέτρων. ενώ η σάρωση xy και ο έλεγχος z μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ακρίβεια 1 nm για τον έλεγχο της σάρωσης του αισθητήρα και ακολουθεί η ανάδραση κατεύθυνσης z. Το προσπίπτον λέιζερ, που φαίνεται στο σχήμα, εισάγεται στον καθετήρα μέσω μιας οπτικής ίνας και η κατάσταση πόλωσης του προσπίπτοντος φωτός μπορεί να αλλάξει σύμφωνα με τις απαιτήσεις. Όταν το προσπίπτον λέιζερ ακτινοβολεί το δείγμα, ο ανιχνευτής μπορεί να συλλέξει χωριστά τα σήματα μετάδοσης και ανάκλασης που διαμορφώνονται από το δείγμα και ενισχύονται από το σωλήνα φωτοπολλαπλασιαστή και, στη συνέχεια, απευθείας από τον μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό μέσω της απόκτησης υπολογιστή ή μέσω του συστήματος φασματοσκοπίας σε το φασματόμετρο για να πάρει τις φασματικές πληροφορίες. Ο έλεγχος συστήματος, η απόκτηση δεδομένων, η εμφάνιση εικόνων και η επεξεργασία δεδομένων ολοκληρώνονται από τον υπολογιστή. Από την παραπάνω διαδικασία απεικόνισης, μπορεί να φανεί ότι το οπτικό μικροσκόπιο κοντινού πεδίου μπορεί να συλλέξει ταυτόχρονα τρεις τύπους πληροφοριών, δηλαδή τη μορφολογία της επιφάνειας του δείγματος, το οπτικό σήμα κοντινού πεδίου και το φασματικό σήμα.
