O princípio da microscopia óptica de campo próximo
Traditional optical microscopes consist of optical lenses that can magnify objects several thousand times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely, as the diffraction limit of light waves will be encountered. The resolution of traditional optical microscopes cannot exceed half of the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as the light source can only distinguish two objects with a distance of 200nm. In practical applications, when λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are made at a distance (>>λ) do objeto.
Com base nos princípios de detecção e imagem de campos não radiativos, os microscópios ópticos de campo próximo podem romper o limite de difração dos microscópios ópticos comuns e conduzir imagens ópticas em nanoescala e pesquisas espectrais em resolução óptica ultra-alta.
O microscópio óptico de campo próximo consiste em uma sonda, dispositivo de transmissão de sinal, controle de varredura, processamento de sinal e sistema de feedback de sinal. O princípio da geração e detecção de campo próximo: A luz incidente brilha sobre um objeto com muitas estruturas pequenas e finas na superfície. Essas estruturas finas, sob a ação do campo de luz incidente, produzem ondas refletidas, incluindo ondas evanescentes limitadas à superfície do objeto e propagando ondas à distância. Ondas evanescentes vêm de estruturas finas dentro de objetos (objetos menores que o comprimento de onda). As ondas que se propagam vêm das estruturas ásperas do objeto (objetos maiores que o comprimento de onda), que não contêm nenhuma informação sobre a estrutura fina do objeto. Se um centro de espalhamento muito pequeno for usado como nanodetector (como uma sonda) e colocado próximo o suficiente da superfície do objeto, a onda evanescente é excitada, fazendo com que emita luz novamente. A luz gerada por esta excitação também inclui ondas evanescentes indetectáveis e ondas de propagação que podem se propagar até a detecção distante, completando o processo de detecção de campo próximo. A transição entre o campo evanescente e o campo de propagação é linear, e o campo de propagação reflete com precisão as mudanças no campo latente. Se um centro de espalhamento for usado para escanear a superfície de um objeto, uma imagem bidimensional poderá ser obtida. De acordo com o princípio da inversão mútua, a interação entre a fonte de luz de irradiação e o nanodetector é trocada, e a amostra é irradiada com uma fonte de nanoluz (campo evanescente). Devido ao efeito de dispersão da estrutura fina do objeto em comparação com o campo de emissão, a onda evanescente é convertida em uma onda de propagação que pode ser detectada à distância, e os resultados são completamente idênticos.
A microscopia óptica de campo próximo é uma técnica de imagem digital que envolve a digitalização e o registro de uma sonda ponto por ponto na superfície de uma amostra. A Figura 1 é um diagrama do princípio de imagem de um microscópio óptico de campo próximo. O método de aproximação aproximada de xyz na figura pode ajustar a distância entre a sonda e a amostra com uma precisão de dezenas de nanômetros; A varredura xy e o controle z podem controlar a varredura da sonda e o feedback da direção z com precisão de 1 nm. O laser incidente na figura é introduzido na sonda através de uma fibra óptica e pode alterar o estado de polarização da luz incidente de acordo com os requisitos. Quando o laser incidente irradia a amostra, o detector pode coletar separadamente o sinal de transmissão e o sinal de reflexão modulados pela amostra, que são amplificados por um tubo fotomultiplicador. Em seguida, eles são convertidos diretamente de analógico para digital e coletados por um computador ou inseridos em um espectrômetro através de um sistema espectroscópico para obter informações espectrais. O controle do sistema, a aquisição de dados, a exibição de imagens e o processamento de dados são todos realizados por computadores. A partir do processo de imagem acima, pode-se observar que a microscopia óptica de campo próximo pode coletar simultaneamente três tipos de informações, nomeadamente a morfologia da superfície da amostra, sinais ópticos de campo próximo e sinais espectrais.
