Συμβατικό οπτικό μικροσκόπιο και οπτικό μικροσκόπιο κοντά στο πεδίο
Το οπτικό μικροσκόπιο κοντά στο πεδίο είναι μια επανάσταση έναντι των συμβατικών οπτικών μικροσκοπίων. Δεν χρησιμοποιεί οπτικούς φακούς για απεικόνιση, αλλά χρησιμοποιεί την άκρη του καθετήρα για να σαρώσει πάνω από την επιφάνεια του δείγματος για να λάβει πληροφορίες σχετικά με την επιφάνεια του δείγματος. Ανέλυσε τη φυσική ουσία των αρχών απεικόνισης μεταξύ των παραδοσιακών οπτικών μικροσκοπίων και των οπτικών μικροσκοπίων κοντά στο πεδίο, καθώς και τις ομοιότητες και τις διαφορές στις δομές των δύο συστημάτων μικροσκοπίου. Εισήγαγε τη μέθοδο κατασκευής των ανιχνευτών οπτικών ινών. Η εστίαση ήταν στις αρχές της ανίχνευσης κοντά στο πεδίο, των επιπτώσεων της οπτικής σήραγγας και των ιδιοτήτων των μη ακτινοβολικών πεδίων.
Τα παραδοσιακά οπτικά μικροσκόπια είναι τα παλαιότερα μέλη της οικογένειας μικροσκοπίων, με ιστορικό αρκετών εκατοντάδων ετών. Ήταν το μόνο μέσο παρατήρησης μικρών δομών. Τα παραδοσιακά οπτικά μικροσκόπια χρησιμοποιούν κυρίως οπτικούς φακούς για να μεγεθύνουν τα αντικείμενα ή τα αντικείμενα εικόνας. Σε γενικές γραμμές, ένας μοναδικός φακός μπορεί να μεγεθύνει ένα αντικείμενο αρκετές δεκάδες φορές και η χρήση ενός συνδυασμού φακών μπορεί σχεδόν να το μεγεθύνει μέχρι σχεδόν χίλιες φορές. Η επίδραση περίθλασης του φωτός περιορίζει τη δυνατότητα περαιτέρω βελτίωσης της επίλυσης οπτικών μικροσκοπίων. Αυτό είναι το όριο ανάλυσης Rayleigh.
Επισκόπηση των παραδοσιακών οπτικών μικροσκοπίων
Τα παραδοσιακά οπτικά μικροσκόπια αποτελούνται από οπτικούς φακούς. Χρησιμοποιώντας τον δείκτη διάθλασης του υλικού και την καμπυλότητα του φακού, το παρατηρούμενο αντικείμενο μεγεθύνεται για να λάβει τις λεπτομερείς πληροφορίες του. Ωστόσο, η μεγέθυνση ενός οπτικού μικροσκοπίου δεν μπορεί να αυξηθεί αυθαίρετα, καθώς περιορίζεται από το όριο οπτικής διάθλασης.
Όπου r είναι η απόσταση μεταξύ δύο σημείων, λ είναι το μήκος κύματος της δέσμης, το n είναι ο δείκτης διάθλασης του μέσου και θ είναι το μισό γωνιακό άνοιγμα του φακού που συλλέγει και εστιάζει τη δέσμη στον ανιχνευτή. Καθορίζει την απόσταση στην οποία μπορούν να διακριθούν με ακρίβεια δύο σημεία, η οποία καθορίζεται από τις παραμέτρους του συστήματος απεικόνισης. Η παραπάνω ανισότητα δείχνει ότι για να βελτιωθεί η ανάλυση (δηλαδή μείωση της απόστασης r), υπάρχουν μόνο τρεις τρόποι: (1) επιλέξτε μικρότερα μήκη κύματος (εάν επιλέγονται η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, οι ακτίνες Χ ή οι δοκοί ηλεκτρονίων, θα είναι πιο αποτελεσματικές). (2) Για να βελτιώσετε το n, να εργαστείτε με υλικά με υψηλό δείκτη διάθλασης. Αυτή είναι η αρχή της μικροσκοπίας εμβάπτισης, που εφευρέθηκε από τον Amici στα μέσα -19 τον αιώνα. (3) Αυξήστε τη γωνία ανοίγματος του μικροσκοπίου. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια χρησιμοποιούν δέσμες ηλεκτρονίων αντί για φωτεινές δοκούς, βελτιώνοντας σημαντικά την ανάλυση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το κριτήριο Rayleigh βασίζεται στην παραδοχή της διάδοσης των κυμάτων. Εάν δεν μπορούν να ανιχνευθούν μη ακτινοβολούμενα πεδία, αναμένεται να αποφευχθεί το κριτήριο Rayleigh και να διασπάσει εντελώς τους περιορισμούς των φραγμών περίθλασης.
Αρχή του οπτικού μικροσκοπίου κοντά στο πεδίο
Μπορούμε να κατανοήσουμε τη διαδικασία απεικόνισης ως εξής: Όταν ένα φωτόνιο ή ένα ηλεκτρόνιο που εκπέμπεται από μια πηγή φωτός προβάλλεται σε ένα αντικείμενο προορισμού, αντικατοπτρίζεται και συλλαμβάνεται ή λαμβάνεται από κάποιο ανιχνευτή (όπως τα μάτια ή η κάμερα του παρατηρητή). Λόγω του γεγονότος ότι η τροχιά και ο αριθμός των ανακλώμενων σωματιδίων σχετίζονται με τις ιδιότητες του αντικειμένου, οι δέσμες σωματιδίων φέρουν πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά του αντικειμένου. Καλούμε την προβολή σε στόχο μια «εικόνα». Φυσικά, τα αντικείμενα και οι εικόνες είναι εξαιρετικά διαφορετικά: τα αντικείμενα είναι γενικά τρισδιάστατα. Και είναι συνήθως μια δισδιάστατη προβολή φυσικών ποσοτήτων που σχετίζονται με τη δομή του αντικειμένου, επειδή το μέσο εγγραφής είναι δισδιάστατο. Αυτή η φυσική ποσότητα είναι συνήθως ένταση φωτός, καθώς οι ανιχνευτές είναι ευαίσθητοι μόνο στην ένταση του φωτός. Εάν αντικαταστήσουμε το ίδιο το αντικείμενο με ένα ελαφρύ πεδίο που σχετίζεται με το αντικείμενο, μπορούμε να μελετήσουμε τη σχέση μεταξύ του πεδίου αντικειμένων και του πεδίου εικόνας, δηλαδή της σχέσης μεταξύ της έντασης του πεδίου αντικειμένων και της έντασης του στο επίπεδο εικόνας. Ωστόσο, το πρώτο ερώτημα που πρέπει να απαντηθεί είναι: ποια είναι η σχέση μεταξύ της δομής ενός αντικειμένου και του φωτεινού πεδίου του; Κατ 'αρχήν, οι εξισώσεις του Maxwell παρέχουν έναν τρόπο να μελετήσουν αυτό το πρόβλημα: τις αλλαγές κατανομής του ρεύματος ηλεκτρονίων ή της πυκνότητας φορτίου μέσα σε ένα αντικείμενο κάτω από τη δράση ενός εξωτερικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Οι ταλαντευόμενες χρεώσεις και τα ρεύματα μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, επιτρέποντάς του να διαδοθεί από την επιφάνεια ενός αντικειμένου στον εξωτερικό χώρο. Σύμφωνα με την αρχή της συνέχειας, φαίνεται λογικό να συμπεράνουμε ότι η κατανομή των φορτίων και των ρευμάτων στην επιφάνεια ενός αντικειμένου μπορεί να ανακατασκευαστεί από την κατανομή του χωροταξικού πεδίου εξαιρετικά κοντά στο αντικείμενο. Λόγω του γεγονότος ότι η κατανομή των φορτίων ή των ρευμάτων αλλάζει μόνο σε εξαιρετικά μικρές αποστάσεις (γενικά μικρότερη από το μήκος κύματος), υποθέτουμε επίσης ότι το "διαστημικό πεδίο είναι πολύ κοντά στο αντικείμενο" αλλάζει μόνο σε τέτοιες μικρές αποστάσεις.
