Was ist der Unterschied zwischen einem optischen Nahfeldmikroskop und einem Fernfeldmikroskop?
Was ist optische Nahfeldmikroskopie?
Seit den 1980er Jahren ist mit der Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie hin zu kleinräumigen und niedrigdimensionalen Räumen und der Entwicklung der Rastersondenmikroskopie-Technologie ein neues interdisziplinäres Fachgebiet – die Nahfeldoptik – auf dem Gebiet der Optik entstanden. Die Nahfeldoptik hat die traditionelle optische Auflösungsgrenze revolutioniert. Das Aufkommen einer neuen Art von optischen Nahfeldmikroskopen (NSOM – Near-Field Scanning Optical Microscope, kurz SNOM) hat das Sichtfeld der Menschen von der halben Wellenlänge des einfallenden Lichts auf einige Zehntel der Wellenlänge erweitert Nanometerskala. Bei der optischen Nahfeldmikroskopie werden die Linsen herkömmlicher optischer Instrumente durch winzige optische Sonden ersetzt, deren Spitzenöffnungen viel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind.
Bereits 1928 schlug Synge vor, dass es möglich sei, einfallendes Licht durch ein kleines Loch mit einer Apertur von 10 nm auf eine Probe mit einem Abstand von 10 nm einzustrahlen, mit einer Schrittgröße von 10 nm zu scannen und das optische Signal des Mikrobereichs zu sammeln um eine superhohe Auflösung zu erhalten. In dieser intuitiven Beschreibung hat Synge die Hauptmerkmale der modernen optischen Nahfeldmikroskopie klar vorhergesagt.
1970 wandten Ash und Nicholls das Konzept des Nahfelds an, um eine zweidimensionale Bildgebung mit einer Auflösung von K/60 im Mikrowellenband (K=3cm) zu realisieren. Im Jahr 1983 gelang es dem Forschungszentrum BM Zürich, nanoskalige Lichtlöcher an der Spitze eines metallbeschichteten Quarzkristalls herzustellen. Mithilfe des Tunnelstroms als Rückmeldung für den Abstand zwischen Sonde und Probe werden Bilder mit ultrahoher optischer Auflösung bei K/20 erhalten. Der Anstoß, der Nahfeldoptik größere Aufmerksamkeit zu verschaffen, kam von AT&T Bell Laboratories. Im Jahr 1991 stellten Betzig et al. verwendete eine optische Faser, um ein sich verjüngendes optisches Loch mit hohem Lichtfluss zu erzeugen, und lagerte an der Seite einen Metallfilm ab, gekoppelt mit einer einzigartigen Methode zur Einstellung des Scherkraft-Sonden-Proben-Abstands, die nicht nur den übertragenen Photonenfluss erhöhte. Gleichzeitig bietet es eine stabile und zuverlässige Kontrollmethode, die eine hochauflösende optische Beobachtung der optischen Nahfeldmikroskopie in verschiedenen Bereichen wie Biologie, Chemie, magnetooptischen Bereichen und hochdichten Informationsspeichergeräten ermöglicht hat. und Quantengeräte. Reihe von Studien. Die sogenannte Nahfeldoptik ist mit der Fernfeldoptik verwandt. Traditionelle optische Theorien wie die geometrische Optik und die physikalische Optik untersuchen normalerweise nur die Verteilung von Lichtfeldern weit entfernt von Lichtquellen oder Objekten und werden im Allgemeinen als Fernfeldoptik bezeichnet. Grundsätzlich gibt es in der Fernfeldoptik eine Beugungsgrenze im Fernfeld, die die Mindestauflösungsgröße und Mindestmarkierungsgröße bei der Nutzung des Prinzips der Fernfeldoptik für die Mikroskopie und andere optische Anwendungen begrenzt. Die Nahfeldoptik hingegen untersucht die Verteilung von Lichtfeldern innerhalb eines Wellenlängenbereichs einer Lichtquelle oder eines Objekts. Im Bereich der Nahfeldoptikforschung wird die Beugungsgrenze im Fernfeld durchbrochen, und die Auflösungsgrenze unterliegt prinzipiell keinen Einschränkungen mehr und kann unendlich klein sein, so dass die optische Auflösung mikroskopischer Abbildungen und anderer optischer Anwendungen erhöht wird Anwendungen können durch das Prinzip der Nahfeldoptik verbessert werden. Rate.
Die auf der optischen Nahfeldtechnologie basierende optische Auflösung kann das Nanometerniveau erreichen und die Auflösungsbeugungsgrenze der herkömmlichen Optik durchbrechen, was leistungsstarke Operationen, Messmethoden und Instrumentensysteme für viele Bereiche der wissenschaftlichen Forschung, insbesondere die Entwicklung der Nanotechnologie, bereitstellen wird. Derzeit werden optische Nahfeld-Rastermikroskope und Nahfeldspektrometer auf Basis der Evaneszentfelddetektion in den Bereichen Physik, Biologie, Chemie und Materialwissenschaften eingesetzt, und der Anwendungsbereich wird ständig erweitert; Während andere Anwendungen, die auf Nahfeldoptik basieren, wie Nanolithographie und optische Nahfeldspeicherung mit ultrahoher Dichte, nanooptische Komponenten, Erfassung und Manipulation von Partikeln im Nanomaßstab usw., ebenfalls die Aufmerksamkeit von erregt haben viele Wissenschaftler.
Abgesehen davon, dass sie beide Mikroskope heißen, gibt es nicht viele Gemeinsamkeiten.
Der größte Unterschied besteht zunächst darin, dass die Auflösung unterschiedlich ist. Das Fernfeldmikroskop, also das traditionelle optische Mikroskop, ist durch die Beugungsgrenze begrenzt. Es ist schwierig, Bereiche klar abzubilden, die kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. während das Nahfeldmikroskop eine klare Abbildung erzielen kann.
Zweitens ist das Prinzip anders. Das Fernfeldmikroskop nutzt die Reflexion und Brechung von Licht usw. und kann die Kombination von Linsen nutzen; während im Nahfeld eine Sonde benötigt wird und die Kopplung und Umwandlung des evaneszenten Feldes und des Transmissionsfeldes genutzt wird, um eine Lichtausrichtung zu erreichen. Signalerfassung.
Auch die Komplexität des Instruments, die Kosten usw. sind nicht dasselbe.
