Anwendungen der Nahfeldmikroskopie
Da die Nahfeldmikroskopie die Nachteile der herkömmlichen optischen Mikroskopie überwinden kann, wie etwa die niedrige Auflösung und die durch Rasterelektronenmikroskopie und Rastertunnelmikroskopie verursachten Schäden an biologischen Proben, findet sie immer breitere Anwendung, insbesondere in den Bereichen Biomedizin sowie Nanomaterialien und Mikroelektronik.
Die optische Nahfeldmikroskopie (SNIM) ist ein Zweig von SNOM, einer Anwendung der SNOM-Technologie im Infrarotbereich. Um hochauflösende Informationen zu erhalten, sind Mikrosonden zur Lokalisierung, Abtastung und Nahfeldabtastung sehr wichtige Bestandteile von SNIM. Es gibt viele Arten von Mikrosonden, die grob in zwei Kategorien unterteilt werden können: Sonden mit kleinen Löchern und Sonden ohne Löcher, wobei Sonden mit kleinen Löchern häufig faseroptische Sonden sind. Wenn der Abstand von der faseroptischen Sonde zur zu testenden Probe bestimmt ist, bestimmen die Größe des Durchgangslochs der faseroptischen Sonde und die Form des Kegelwinkels der Spitze die Auflösung, Empfindlichkeit und Übertragungseffizienz von SNIM. Es ist jedoch schwierig, Infrarotfasern für SNIM und Mikrosonden herzustellen. Verglichen mit der Herstellung von faseroptischen Sonden im sichtbaren Wellenlängenbereich gibt es zum einen zu wenige Arten von optischen Fasern, die für den mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich (2,5-25 mm) geeignet sind; Andererseits sind die vorhandenen Infrarot-Lichtwellenleiter spröde, weisen eine schlechte Duktilität und Flexibilität auf und haben unbefriedigende chemische Eigenschaften. Um die Lichtdämpfung zu verringern, ist es schwierig, eine hochwertige Infrarot-Lichtwellenleitersonde herzustellen.
Einige ausländische SNIM-Forschungsinstitute verwenden andere Arten von Lichtsonden, wie etwa Kawata aus Japan, das sphärische Prismensonden entwickelt, Fischer aus Deutschland, das Tetraedersonden entwickelt und Zui kürzlich KNOLL und andere, die nichtporöse Streusonden aus Halbleitern (z. B. Silizium) und Polymeren verwenden. Die oben genannte Mikrosondenlösung ist für uns unwahrscheinlich, da der erforderliche Herstellungsprozess sehr aufwändig ist und Spezialausrüstung benötigt wird. Da unser SNIM-Design den Reflexionsmodus wählt, hat Zui sich schließlich für eine faseroptische Sondenlösung entschieden.
Bei der Entwicklung von Mikrosonden müssen zwei Aspekte berücksichtigt werden: Einerseits muss die Öffnung der optischen Sonde möglichst klein sein, andererseits muss der Lichtstrom durch die Öffnung möglichst groß sein, um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen. Bei faseroptischen Sonden ist die Auflösung umso höher, je kleiner der Durchmesser der Nadel ist, aber auch der Lichtstrom wird kleiner. Gleichzeitig ist es besser, wenn die Sondenspitze kürzer ist, denn je länger die Spitze ist, desto weiter ist die Lichtausbreitung durch einen Wellenleiter, der kleiner als seine Wellenlänge ist, und desto größer ist die Lichtdämpfung. Daher besteht das Ziel der Herstellung faseroptischer Sonden darin, eine kleine Nadelgröße und eine kurze Spitze zu erhalten.
