Nahfeld-Mikroskopie Prinzipien und Anwendungen
Die Nahfeldmikroskopie (englischer Name: SNOM) basiert auf dem Prinzip der strahlungslosen Felderkennung und -abbildung und kann die Beugungsgrenze gewöhnlicher optischer Mikroskope durchbrechen. Dazu wird eine Sonde im Subwellenlängenbereich verwendet, die im Nahfeldbereich in einem Abstand von einigen Nanometern von der Probenoberfläche zur Scan- und Abbildungstechnologie angeordnet ist. Im Nahfeldbeobachtungsbereich wird die Probe gescannt, und gleichzeitig werden topografische Bilder und optische Bilder mit einer höheren Auflösung als der Beugungsgrenze des Mikroskops erzielt.
Die Nahfeldmikroskopie eignet sich für optische Bildgebung im Nanobereich und spektroskopische Untersuchungen im Nanobereich bei ultrahoher optischer Auflösung. Die Auflösung herkömmlicher optischer Mikroskope wird durch die optische Beugungsgrenze beeinflusst und überschreitet diese Wellenlängenskala nicht. Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Mikroskopen verwenden Nahfeldmikroskope Sonden unterhalb der Wellenlängenskala, um geringere Auflösungen zu erzielen.
Prinzip der Nahfeld-Mikroskopie:
Die Verwendung von verschmolzenen oder korrodierten Glasfaserwellenleitern aus Sonden, die mit einem Metallfilm auf der Außenseite beschichtet sind, hat am Ende der optischen Öffnung (optische Apertur) der Nahfeld-Optiksonde einen Durchmesser von 15 nm bis 100 nm und kann dann als Präzisionsverschiebungs- und Scan-Erkennung von piezoelektrischen Keramikmaterialien (piezoelektrische Keramik) mit der Atomkraft verwendet werden. Rasterkraftmikroskopie (Atomkraftmikroskopie, AFM) bietet eine genaue Höhenrückkopplungssteuerung. Die Nahfeld-Optiksonde ermöglicht eine sehr genaue Steuerung der Probenoberfläche in einer Höhe von 1 nm bis 100 nm (vertikal und horizontal in Richtung der Probenoberfläche, die räumliche Auflösung kann etwa 0,1 nm und 1 nm betragen), dreidimensionale räumliche Rückkopplungssteuerung des Nahfeld-Scannens (Scannens) und eine Nano-Optiköffnung der Glasfaser-Optiksonde kann zum Empfangen oder Übertragen optischer Informationen verwendet werden, wodurch ein realer Raum des dreidimensionalen optischen Nahfeldbildes erhalten wird, da der Abstand zwischen ihm und der Probenoberfläche viel kleiner ist als Bei der allgemeinen Wellenlänge des Lichts handelt es sich bei den gemessenen Informationen ausschließlich um optische Nahfeldinformationen. Die im Fernfeld übliche optische Auflösungsgrenze der Umgebungsaufnahme wird nicht eingehalten.
Anwendung des Nahfeld-Lichtmikroskops:
Das Nahfeldmikroskop durchbricht die Grenzen der herkömmlichen optischen Umgehung, kann Licht direkt zur Beobachtung von Nanomaterialien verwenden, die Mikrostruktur und Defekte von Nanoelementen analysieren und wird seit einigen Jahren zur Analyse von Halbleiterlaserkomponenten eingesetzt. Aufgrund seiner hohen Auflösung kann es für den Datenzugriff mit hoher Dichte verwendet werden. Derzeit wurden mithilfe dieser Technologie über 100 GB an Nahfeld-Optikplatten mit Superauflösung erfolgreich hergestellt. Es kann auch zur Nahfeldmikroskopieanalyse von Biomolekülen und Proteinfluoreszenz verwendet werden.
Prinzip und Aufbau des Nahfeldmikroskops:
Aufgrund der Begrenzung des Lichtwellenumfangs beträgt die Auflösung eines optischen Mikroskops bei Fernfeldbeobachtungen im Allgemeinen nur einige Hundert Nanometer. Bei Nahfeldbeobachtungen können jedoch Wicklungen und Interferenzen vermieden und die Begrenzung der Wicklungen überwunden werden, wodurch die Auflösung auf einige zehn Nanometer erhöht werden kann. In der Struktur eines Nahfeldmikroskops wird eine konische Glasfaser mit einer Öffnung von einigen zehn Nanometern am Ende als Sonde verwendet. Der Abstand zwischen der Sonde und dem zu messenden Objekt wird innerhalb des Nahfeldbeobachtungsbereichs präzise gesteuert, und die präzise positionierbare und abtastbare piezoelektrische Keramik wird verwendet, um in Verbindung mit dem hochrückgekoppelten Steuerungssystem des Rasterkraftmikroskops eine dreidimensionale räumliche Nahfeldabtastung durchzuführen. Die Glasfasersonde empfängt oder überträgt optische Signale, um ein dreidimensionales optisches Nahfeldbild zu erhalten.
