Überblick und Anwendungen der optischen Nahfeldmikroskopie
Da die Nahfeldmikroskopie die Nachteile herkömmlicher optischer Mikroskope wie niedrige Auflösung und Beschädigung biologischer Proben durch Rasterelektronenmikroskope und Rastertunnelmikroskope überwinden kann, wird sie immer häufiger eingesetzt, insbesondere in den Studienbereichen Biomedizin, Nanomaterialien und Mikroelektronik.
Die optische Nahfeldmikroskopie (SNIM) ist ein Zweig der SNOM und eine Anwendung der SNOM-Technologie im Infrarotbereich. Um hochauflösende Informationen zu erhalten, sind Mikrosonden, die zur Positionierung, zum Scannen und zur Nahfelderkennung verwendet werden, sehr wichtige Teile der SNIM. Es gibt viele Formen von Mikrosonden, die grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Sonden mit kleinen Löchern und Sonden ohne Löcher, und Sonden mit kleinen Löchern sind häufig faseroptische Sonden. Wenn der Abstand zwischen der optischen Fasersonde und der zu messenden Probe konstant ist, bestimmen die Größe des Lichtdurchgangslochs der optischen Fasersonde und die Form des Kegelwinkels der Spitze die Auflösung, Empfindlichkeit und Übertragungseffizienz der SNIM. Es ist jedoch schwieriger, Infrarot-Lichtwellenleiter für SNIM und Mikrosonden herzustellen. Verglichen mit der Herstellung von optischen Fasersonden im sichtbaren Lichtband gibt es einerseits zu wenige Arten von optischen Fasern, die für das mittlere Infrarotband (2,5 bis 25 mm) geeignet sind; andererseits sind vorhandene Infrarot-Lichtwellenleiter relativ spröde und weisen eine schlechte Duktilität und Flexibilität auf. Und die chemischen Eigenschaften sind nicht ideal. Um die Lichtdämpfung zu verringern, ist es schwierig, hochwertige Infrarot-Glasfasersonden herzustellen.
Einige ausländische Institutionen, die SNIM erforschen, haben andere Formen optischer Sonden in Sonden übernommen, wie etwa die von Kawata und anderen in Japan entwickelte sphärische Prismensonde, die von Fischer und anderen in Deutschland entwickelte Tetraedersonde und in jüngster Zeit KNOLL und andere, die Halbleiter (wie z. B. nichtporöse Streusonden aus Silizium), Polymere usw. verwenden. Die oben erwähnte Mikrosondenlösung ist für uns nicht möglich, da sie ein hohes Maß an Fertigungstechnologie und Spezialausrüstung erfordert. Und da unser SNIM-Design den Reflexionsmodus gewählt hat, haben wir uns schließlich für die Lösung mit Glasfasersonden entschieden.
Bei der Entwicklung von Mikrosonden müssen zwei Aspekte berücksichtigt werden: Einerseits muss die Lichtdurchlässigkeitsöffnung der optischen Sonde so klein wie möglich gemacht werden; andererseits muss der Lichtfluss durch die Lichtdurchlässigkeitsöffnung so klein wie möglich sein, um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen. Bei faseroptischen Sonden gilt: Je kleiner der Nadeldurchmesser, desto höher die Auflösung, aber die Lichtdurchlässigkeit wird geringer. Gleichzeitig ist es erforderlich, dass die Kegelspitze der Sonde so kurz wie möglich ist, denn je länger die Kegelspitze ist, desto weiter breitet sich das Licht durch einen Wellenleiter aus, der kleiner als seine Wellenlänge ist, sodass die Lichtdämpfung größer ist. Daher besteht das Ziel bei der Herstellung von faseroptischen Sonden darin, eine Nadelspitze mit kleiner Nadelgröße und kurzer Kegelspitze zu erhalten.