Πειραματική Αρχή Παθητικού Υπέρυθρου Μικροσκοπίου Εγγύς Πεδίου
Η τεχνολογία υπέρυθρης θερμικής απεικόνισης ανιχνεύει την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπεται από το ίδιο το αντικείμενο για να ανιχνεύσει τη θερμοκρασία της επιφάνειας και έχει ευρείες εφαρμογές σε σημαντικούς τομείς όπως η στρατιωτική, η πολιτική αεροπορία, η παρακολούθηση ασφαλείας και η βιομηχανική κατασκευή. Ωστόσο, λόγω του περιορισμού των ορίων οπτικής περίθλασης, η ανάλυση της υπέρυθρης θερμικής απεικόνισης είναι συνήθως σε κλίμακα μικρομέτρου ή μεγαλύτερη και επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση αντικειμένων σε κλίμακα νανομέτρων. Τα τελευταία χρόνια, έχουμε αναπτύξει τεχνολογία απεικόνισης υπέρυθρης παθητικής μικροσκοπίας κοντινού πεδίου, η οποία ξεπερνά σε μεγάλο βαθμό το όριο της υπέρυθρης περίθλασης ανιχνεύοντας την ακτινοβολία κοντινού πεδίου στην επιφάνεια των αντικειμένων και επεκτείνει την ανίχνευση και την απεικόνιση υπέρυθρης θερμοκρασίας από την παραδοσιακή μικρομετρική κλίμακα στην κλίμακα νανομέτρων.
Σύμφωνα με την Myers Consulting, πρόσφατα, η επιστημονική ερευνητική ομάδα του Εθνικού Εργαστηρίου Υπέρυθρων Επιστημών και Τεχνολογίας του Ινστιτούτου Τεχνικής Φυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών της Σαγκάης δημοσίευσε ένα άρθρο με θέμα «ανίχνευση ακτινοβολίας υπέρυθρου κοντινού πεδίου και απεικόνιση θερμοκρασίας υπερ-ανάλυσης» στο Journal of Infrared and Millimeter Wave. Ο πρώτος συγγραφέας αυτού του άρθρου είναι ο Zhu Xiaoyan, ο οποίος ασχολείται κυρίως με την έρευνα για την υπέρυθρη παθητική απεικόνιση κοντινού πεδίου.
Αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί στην πειραματική αρχή και την εφαρμογή της τεχνολογίας Scanning Noise Microscopy (SNoiM) και θα παρέχει μια λεπτομερή εισαγωγή για το πώς να ξεπεράσετε το όριο περίθλασης της υπέρυθρης θερμικής απεικόνισης και να επιτύχετε απεικόνιση υπέρυθρης θερμοκρασίας νανοκλίμακας μέσω του ανεξάρτητου ανεπτυγμένου υπέρυθρου παθητικού μικροσκοπίου κοντινού πεδίου.
ακτινοβολία κοντινού πεδίου
Αρχικά ξεκινάμε με την προέλευση της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1 (α), η συντριπτική πλειονότητα των αντικειμένων περιέχει μεγάλο αριθμό θετικά και αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων μέσα, τα οποία δεν ακινητοποιούνται ποτέ αλλά παραμένουν σε κατάσταση τυχαίας διαταραχής (θερμική κίνηση). Η γνωστή θερμική ακτινοβολία προέρχεται από τη θερμική κίνηση φορτισμένων σωματιδίων μέσα σε ένα αντικείμενο και τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας μπορούν να περιγραφούν από τον νόμο ακτινοβολίας του μαύρου σώματος του Planck. Ωστόσο, ελάχιστα γνωστό είναι ότι οι διαταραχές φορτίου εντός ενός αντικειμένου όχι μόνο δημιουργούν υπέρυθρη θερμική ακτινοβολία (ακτινοβολία μακρινό πεδίου) σε περιοχές πέρα από την κλίμακα μήκους κύματος της ακτινοβολίας του αντικειμένου, αλλά δημιουργούν επίσης ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα επιφανειακής διαταραχής υψηλής πυκνότητας ενέργειας (με τη μορφή παροδικών κυμάτων) κοντά στην επιφάνεια του αντικειμένου, το οποίο μπορεί να αναφέρεται ως ακτινοβολία κοντινού πεδίου. Η θεωρία έχει προβλέψει εδώ και καιρό την ύπαρξη επιφανειακών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (ακτινοβολία κοντινού πεδίου) και διαπίστωσε ότι οι γνώσεις και οι νόμοι που θεσπίστηκαν για την ακτινοβολία μακρινών πεδίων (όπως ο νόμος ακτινοβολίας του Planck) δεν θα ισχύουν πλέον για την ακτινοβολία κοντινού πεδίου. Ωστόσο, η σχετική πειραματική έρευνα δεν έχει κάνει σημαντικές ανακαλύψεις λόγω της εξαιρετικά υψηλής δυσκολίας ανίχνευσης. Το 2009, ερευνητικές ομάδες από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) στις Ηνωμένες Πολιτείες και το CNRS στη Γαλλία σημείωσαν σημαντική πρόοδο επιβεβαιώνοντας πειραματικά ότι η απόδοση μεταφοράς θερμότητας ακτινοβολίας κοντά στο πεδίο σε νανοκλίμακα μπορεί να υπερβεί κατά πολύ το όριο ακτινοβολίας μαύρου σώματος. Αν και το πείραμα επιβεβαίωσε την ύπαρξη παροδικών κυμάτων κοντά στο πεδίο στην επιφάνεια των αντικειμένων, εξακολουθεί να υπάρχει έλλειψη πιο άμεσων πειραματικών μεθόδων για την περαιτέρω μελέτη των σχετικών φυσικών φαινομένων.
