Sự khác biệt giữa kính hiển vi quang học trường gần và kính hiển vi trường xa
Kính hiển vi quang học trường gần là gì?
Kể từ những năm 1980, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ đối với không gian quy mô nhỏ và chiều thấp và sự phát triển của công nghệ kính hiển vi thăm dò quét, một chủ đề liên ngành mới - quang học trường gần - đã xuất hiện trong lĩnh vực quang học. Quang học trường gần đã cách mạng hóa giới hạn độ phân giải quang học truyền thống. Sự xuất hiện của một loại kính hiển vi quang học trường gần mới (NSOM—Kính hiển vi quang học quét trường gần, hoặc SNOM) đã mở rộng tầm nhìn của con người từ một nửa bước sóng của ánh sáng tới tới một vài phần mười bước sóng, tức là quy mô nanomet. Trong kính hiển vi quang học trường gần, các thấu kính trong các dụng cụ quang học thông thường được thay thế bằng các đầu dò quang học nhỏ với khẩu độ đầu nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng.
Ngay từ năm 1928, Synge đã đề xuất rằng sau khi chiếu ánh sáng tới qua một lỗ nhỏ có khẩu độ 10nm đến mẫu với khoảng cách 10nm, quét với kích thước bước 10nm và thu tín hiệu quang học của vùng vi mô, có thể để thu được độ phân giải siêu cao. Trong mô tả trực quan này, Synge đã dự đoán rõ ràng các tính năng chính của kính hiển vi quang học trường gần hiện đại.
Năm 1970, Ash và Nicholls áp dụng khái niệm trường gần để nhận ra hình ảnh hai chiều với độ phân giải K/60 trong dải vi ba (K=3cm). Năm 1983, Trung tâm nghiên cứu BM Zurich đã chế tạo thành công lỗ sáng kích thước nano trên đầu một tinh thể thạch anh phủ kim loại. Hình ảnh có độ phân giải quang học cực cao ở K/20 thu được bằng cách sử dụng dòng điện xuyên hầm làm phản hồi cho khoảng cách giữa đầu dò và mẫu. Động lực thu hút sự chú ý rộng rãi hơn của quang học trường gần đến từ Phòng thí nghiệm AT&T Bell. Năm 1991, Betzig et al. đã sử dụng sợi quang để tạo ra một lỗ quang thuôn nhọn với thông lượng ánh sáng cao và đặt một màng kim loại ở bên cạnh, kết hợp với phương pháp điều chỉnh khoảng cách giữa mẫu đầu dò và lực cắt độc đáo, không chỉ làm tăng thông lượng photon truyền qua. Đồng thời, nó cung cấp một phương pháp điều khiển ổn định và đáng tin cậy, đã kích hoạt khả năng quan sát quang học có độ phân giải cao của kính hiển vi quang học trường gần trong các lĩnh vực khác nhau như sinh học, hóa học, miền quang từ và thiết bị lưu trữ thông tin mật độ cao, và các thiết bị lượng tử. loạt nghiên cứu. Cái gọi là quang học trường gần có liên quan đến quang học trường xa. Các lý thuyết quang học truyền thống, chẳng hạn như quang học hình học và quang học vật lý, thường chỉ nghiên cứu sự phân bố của trường ánh sáng ở xa nguồn sáng hoặc vật thể, và thường được gọi là quang học trường xa. Về nguyên tắc, có một giới hạn nhiễu xạ trường xa trong quang học trường xa, hạn chế kích thước độ phân giải tối thiểu và kích thước vết tối thiểu khi sử dụng nguyên lý quang học trường xa cho kính hiển vi và các ứng dụng quang học khác. Mặt khác, quang học trường gần nghiên cứu sự phân bố của trường ánh sáng trong phạm vi bước sóng từ nguồn sáng hoặc vật thể. Trong lĩnh vực nghiên cứu quang học trường gần, giới hạn nhiễu xạ trường xa bị phá vỡ và giới hạn độ phân giải không còn chịu bất kỳ hạn chế nào về nguyên tắc và có thể nhỏ vô cùng, do đó độ phân giải quang học của hình ảnh kính hiển vi và quang học khác các ứng dụng có thể được cải tiến dựa trên nguyên lý quang học trường gần. Tỷ lệ.
Độ phân giải quang học dựa trên công nghệ quang học trường gần có thể đạt đến cấp độ nanomet, vượt qua giới hạn nhiễu xạ độ phân giải của quang học truyền thống, sẽ cung cấp các hoạt động, phương pháp đo lường và hệ thống thiết bị mạnh mẽ cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học, đặc biệt là sự phát triển của công nghệ nano. Hiện nay, kính hiển vi quang học quét trường gần và máy quang phổ trường gần dựa trên phát hiện trường biến thiên đã được áp dụng trong các lĩnh vực vật lý, sinh học, hóa học và khoa học vật liệu, và phạm vi ứng dụng không ngừng được mở rộng; trong khi các ứng dụng khác dựa trên quang học trường gần, chẳng hạn như quang khắc nano và lưu trữ quang học trường gần mật độ cực cao, các thành phần quang học nano, chụp và thao tác với các hạt ở cấp độ nano, v.v., cũng đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học.
Ngoài thực tế là cả hai đều được gọi là kính hiển vi, không có nhiều điểm tương đồng.
Trước hết, sự khác biệt lớn nhất là độ phân giải khác nhau. Kính hiển vi trường xa, tức là kính hiển vi quang học truyền thống, bị giới hạn bởi giới hạn nhiễu xạ. Rất khó để chụp ảnh rõ ràng ở những vùng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng; trong khi kính hiển vi trường gần có thể thu được hình ảnh rõ nét.
Thứ hai, nguyên tắc là khác nhau. Kính hiển vi trường xa sử dụng phản xạ và khúc xạ ánh sáng, v.v., và có thể sử dụng kết hợp các thấu kính; trong khi ở trường gần, cần có đầu dò, đồng thời ghép và chuyển đổi trường biến thiên và trường truyền được sử dụng để đạt được sự đồng nhất ánh sáng. thu nhận tín hiệu.
Ngoài ra, độ phức tạp của nhạc cụ, chi phí, v.v., cả hai đều không giống nhau.
