Prinzip der bildnahen optischen Mikroskopie
Die optische Nahfeldmikroskopie, die auf den Detektions- und Abbildungsprinzipien nicht strahlender Felder basiert, kann die Beugungsgrenze gewöhnlicher optischer Mikroskope durchbrechen und optische Bildgebungs- und Spektroskopieforschung im Nanomaßstab mit ultrahoher optischer Auflösung durchführen.
Ein optisches Nahfeldmikroskop besteht aus einer Sonde, einem Signalübertragungsgerät, einer Scansteuerung, einer Signalverarbeitung und einem Signalrückkopplungssystem. Prinzip der Nahfelderzeugung und -erkennung: Wenn einfallendes Licht auf ein Objekt mit vielen winzigen und feinen Strukturen auf seiner Oberfläche fällt, umfassen die reflektierten Wellen, die von diesen feinen Strukturen unter der Wirkung des einfallenden Lichtfelds erzeugt werden, evaneszente Wellen, die auf die Oberfläche beschränkt sind das Objekt und sich ausbreitende Wellen, die sich über eine Entfernung ausbreiten. Evaneszente Wellen entstehen aus subtilen Strukturen in Objekten (Objekten, die kleiner als die Wellenlänge sind). Und die sich ausbreitenden Wellen stammen von den groben Strukturen im Objekt (Objekten, die größer als die Wellenlänge sind), die keine Informationen über die feinstofflichen Strukturen des Objekts enthalten. Wenn ein sehr kleines Streuzentrum als Nanodetektor (z. B. eine Sonde) verwendet und nahe genug an der Oberfläche eines Objekts platziert wird, wird die evaneszente Welle angeregt, wodurch sie erneut Licht aussendet. Das durch diese Anregung erzeugte Licht enthält auch nicht nachweisbare evaneszente Wellen und sich ausbreitende Wellen, die aus der Ferne erkannt werden können, wodurch der Nahfelderkennungsprozess abgeschlossen wird. Die Umwandlung zwischen dem evaneszenten Feld und dem Ausbreitungsfeld ist linear und das Ausbreitungsfeld spiegelt genau die Änderungen im evaneszenten Feld wider. Scannt man ein Streuzentrum auf der Oberfläche eines Objekts, kann man ein zweidimensionales Bild erhalten. Nach dem Reziprozitätsprinzip wird die Wechselwirkung zwischen Beleuchtungslichtquelle und Nanodetektor vertauscht. Zur Beleuchtung der Probe wird eine Nanolichtquelle (evaneszentes Feld) verwendet. Aufgrund der Streuwirkung der Feinstruktur des Objekts auf dem Beleuchtungsfeld wird die evaneszente Welle in eine sich ausbreitende Welle umgewandelt, die aus der Ferne erkannt werden kann, und das Ergebnis ist völlig dasselbe.
Die optische Nahfeldmikroskopie ist eine digitale Bildgebungstechnik, bei der eine Sonde Punkt für Punkt auf der Oberfläche einer Probe gescannt und aufgezeichnet wird. Abbildung 1 ist ein Abbildungsprinzipdiagramm eines optischen Nahfeldmikroskops. Mit der xyz-Grobnäherungsmethode in der Abbildung kann der Abstand zwischen der Sonde und der Probe mit einer Genauigkeit von mehreren zehn Nanometern angepasst werden. Mithilfe von XY-Scanning und Z-Steuerung können Sondenscanning und Feedback-Verfolgung in Z-Richtung mit einer Genauigkeit von 1 nm gesteuert werden. Der einfallende Laser in der Abbildung wird über eine optische Faser in die Sonde eingeführt und der Polarisationszustand des einfallenden Lichts kann je nach Bedarf geändert werden. Wenn der einfallende Laser die Probe bestrahlt, kann der Detektor das modulierte Transmissionssignal und das Reflexionssignal der Probe separat erfassen, sie durch eine Photovervielfacherröhre verstärken und sie dann direkt von analog in digital umwandeln und über einen Computer sammeln oder in das Spektrometer eingeben durch ein spektroskopisches System, um spektrale Informationen zu erhalten. Systemsteuerung, Datenerfassung, Bildanzeige und Datenverarbeitung werden alle durch Computer erledigt. Aus dem obigen Bildgebungsprozess ist ersichtlich, dass die optische Nahfeldmikroskopie gleichzeitig drei Arten von Informationen erfassen kann, nämlich die Oberflächenmorphologie der Probe, optische Nahfeldsignale und Spektralsignale.
