Khái niệm cơ bản về Kính hiển vi quang học trường gần Khái niệm cơ bản về Kính hiển vi quang học trường gần
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).
Kính hiển vi quang học trường gần, dựa trên nguyên lý thăm dò và chụp ảnh trường không bức xạ, có thể vượt qua giới hạn nhiễu xạ mà kính hiển vi quang học thông thường phải chịu, cho phép thực hiện các nghiên cứu quang phổ và hình ảnh quang học có kích thước nano ở mức siêu nhỏ. độ phân giải quang học cao.
Kính hiển vi quang học trường gần bao gồm đầu dò, thiết bị truyền tín hiệu, điều khiển quét, xử lý tín hiệu và hệ thống phản hồi tín hiệu. Nguyên lý phát hiện và tạo trường gần: chiếu xạ ánh sáng tới bề mặt vật thể có nhiều cấu trúc vi mô nhỏ, các cấu trúc vi mô này đóng vai trò là trường ánh sáng tới, sóng phản xạ thu được chứa sóng đột ngột giới hạn trên bề mặt vật thể và lan truyền sóng truyền đi xa. Sóng đột ngột đến từ các cấu trúc tinh tế trong vật thể (vật thể nhỏ hơn bước sóng). Sóng truyền đến từ cấu trúc thô của vật thể (vật thể lớn hơn bước sóng) không chứa bất kỳ thông tin nào về cấu trúc tinh tế của vật thể. Nếu một trung tâm tán xạ rất nhỏ được sử dụng làm máy dò nano (ví dụ: đầu dò), được đặt đủ gần bề mặt của vật thể để kích thích sóng nhanh, khiến nó phát ra ánh sáng trở lại. Ánh sáng được tạo ra bởi sự kích thích này cũng chứa các sóng nhanh không thể phát hiện được và các sóng lan truyền có thể được truyền đến các thiết bị phát hiện ở xa và quá trình này hoàn thành việc phát hiện trường gần. Sự chuyển đổi giữa trường nhanh và trường lan truyền là tuyến tính và trường lan truyền phản ánh chính xác những thay đổi trong trường ẩn. Nếu sử dụng tâm tán xạ để quét trên bề mặt của vật thể thì có thể thu được hình ảnh hai chiều. Theo nguyên lý tương hỗ, vai trò của nguồn sáng chiếu xạ và máy dò nano được hoán đổi cho nhau và mẫu được chiếu xạ bằng nguồn sáng nano (trường đột ngột) và do sự tán xạ của trường chiếu xạ bởi cấu trúc tinh tế của vật thể, sóng đột ngột được chuyển thành sóng lan truyền có thể phát hiện được ở khoảng cách xa và kết quả hoàn toàn giống nhau.
Kính hiển vi quang học trường gần bao gồm quét từng điểm và ghi từng điểm bằng đầu dò trên bề mặt mẫu, sau đó là chụp ảnh kỹ thuật số. Hình 1 cho thấy sơ đồ tạo ảnh của kính hiển vi quang học trường gần. Trong hình, phương pháp xấp xỉ thô xyz có thể điều chỉnh khoảng cách từ đầu dò đến mẫu với độ chính xác hàng chục nanomet; trong khi chức năng quét xy và điều khiển z có thể được sử dụng với độ chính xác 1nm để điều khiển quá trình quét đầu dò và phản hồi hướng z theo sau. Tia laser tới, như trong hình, được đưa vào đầu dò thông qua sợi quang và trạng thái phân cực của ánh sáng tới có thể được thay đổi theo yêu cầu. Khi tia laser tới chiếu xạ mẫu, máy dò có thể thu thập riêng biệt các tín hiệu truyền và phản xạ được điều chế bởi mẫu và được khuếch đại bởi ống nhân quang, sau đó trực tiếp bằng bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số thông qua việc thu nhận máy tính hoặc thông qua hệ thống quang phổ vào máy quang phổ để thu được thông tin quang phổ. Điều khiển hệ thống, thu thập dữ liệu, hiển thị hình ảnh và xử lý dữ liệu được hoàn thành bởi máy tính. Từ quá trình chụp ảnh trên, có thể thấy rằng kính hiển vi quang học trường gần có thể thu thập đồng thời ba loại thông tin đó là hình thái bề mặt của mẫu, tín hiệu quang học trường gần và tín hiệu quang phổ.
