Sự khác biệt giữa kính hiển vi quang học trường gần và kính hiển vi quang học trường xa
Kính hiển vi quang học trường gần là gì?
Từ những năm 1980, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ hướng tới không gian có quy mô nhỏ, ít chiều và sự phát triển của công nghệ kính hiển vi thăm dò quét, một lĩnh vực 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 quét trường gần (NSOM) mới, còn được gọi là SNOM, đã mở rộng tầm nhìn của con người từ một nửa bước sóng của ánh sáng tới lên vài chục bước sóng, tức là ở cấp độ nano. Trong kính hiển vi quang học trường gần, thấu kính trong các thiết bị quang học truyền thống được thay thế bằng một đầu dò quang học nhỏ, có khẩu độ đầu nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng.
Ngay từ năm 1928, Synge đã đề xuất rằng có thể đạt được độ phân giải cực cao bằng cách chiếu ánh sáng tới qua một lỗ nhỏ có khẩu độ 10nm lên mẫu có khoảng cách 10nm, quét và thu thập tín hiệu ánh sáng trong vùng vi mô ở kích thước bước. của 10nm. Trong phần 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 đạt được hình ảnh hai chiều với độ phân giải K/60 trong dải vi sóng (K=3cm). Năm 1983, Trung tâm Nghiên cứu BM Zurich đã chế tạo thành công các lỗ quang học có kích thước nano ở đầu các tinh thể thạch anh được phủ kim loại. Sử dụng dòng điện xuyên hầm làm phản hồi giữa đầu dò và mẫu, thu được hình ảnh có độ phân giải quang học cực cao K/20. Động lực giúp quang học trường gần thu hút sự chú ý rộng rãi hơn đến từ Phòng thí nghiệm Bell của AT&T. Năm 1991, Betzig và cộng sự. đã chế tạo các lỗ quang hình nón thông lượng cao bằng cách sử dụng sợi quang, lắng đọng màng mỏng kim loại ở bên cạnh và sử dụng phương pháp kiểm soát khoảng cách mẫu đầu dò lực cắt độc đáo. Điều này không chỉ làm tăng thông lượng photon lên nhiều bậc độ lớn mà còn cung cấp một phương pháp điều khiển ổn định và đáng tin cậy, thúc đẩy một loạt nghiên cứu về quan sát quang học có độ phân giải cao trong các lĩnh vực khác nhau như sinh học, hóa học, lĩnh vực quang từ, quang học cao. thiết bị lưu trữ thông tin mật độ và thiết bị lượng tử sử dụng kính hiển vi quang học trường gần. 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, thường được gọi là quang học trường xa. Về nguyên tắc, quang học trường xa có giới hạn nhiễu xạ trường xa, giới hạn kích thước độ phân giải tối thiểu và kích thước đánh dấu tối thiểu khi sử dụng các nguyên lý quang học trường xa cho kính hiển vi và các ứng dụng quang học 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 về nguyên tắc không còn bị giới hạn và có thể nhỏ vô cùng. Do đó, dựa trên các nguyên tắc quang học trường gần, độ phân giải quang học của hình ảnh vi mô và các ứng dụng quang học khác có thể được cải thiện.
Độ phân giải quang học dựa trên công nghệ quang học trường gần có thể đạt tới cấp độ nanomet, vượt qua giới hạn nhiễu xạ của quang học truyền thống. Điều này sẽ cung cấp hệ thống vận hành, phương pháp đo lường và thiết bị mạnh mẽ cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học, đặc biệt là phát triển công nghệ nano. Hiện nay, kính hiển vi quang học quét trường gần và máy quang phổ trường gần dựa trên phát hiện trường ẩn đã được áp dụng trong các lĩnh vực như vật lý, sinh học, hóa học và khoa học vật liệu và phạm vi ứng dụng của chúng không ngừng mở rộng; Các ứng dụng khác dựa trên quang học trường gần, chẳng hạn như quang khắc nano và lưu trữ quang trường gần mật độ cực cao, các thành phần quang học nano, cũng như việc thu giữ và thao tác các hạt có kích thước nano, cũng đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học.
Ngoài việc được gọi là kính hiển vi, không có nhiều điểm tương đồng.
Thứ nhất, và cũng là điểm khác biệt lớn nhất, độ phân giải là khác nhau. Kính hiển vi trường xa hay còn gọi là kính hiển vi quang học truyền thống bị giới hạn bởi giới hạn nhiễu xạ nên khó thu được hình ảnh rõ nét ở những vùng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng; Và kính hiển vi trường gần có thể thu được hình ảnh rõ ràng.
Thứ hai, nguyên tắc là khác nhau. Kính hiển vi trường xa sử dụng sự phản xạ và khúc xạ của ánh sáng và có thể đạt được bằng cách kết hợp các thấu kính; Trong trường gần, cần có các đầu dò để thu được tín hiệu quang thông qua việc ghép và chuyển đổi trường phù du và trường truyền.
Ngoài ra, độ phức tạp và chi phí của các công cụ, v.v.
