مبادئ المجهر الضوئي في المجال القريب
Traditional optical microscopes are composed of optical lenses that can magnify objects to thousands of times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely because it will encounter the obstacle of the diffraction limit of light waves. Traditional optics The resolution of a microscope cannot exceed half the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as a light source, it can only distinguish two objects that are 200nm apart. In practical applications, λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are performed far away from the object (>>λ).
استنادًا إلى مبادئ الكشف والتصوير للمجالات غير الإشعاعية، يمكن للمجاهر الضوئية القريبة من المجال اختراق حد الحيود للمجاهر الضوئية العادية ويمكنها إجراء التصوير البصري النانوي والأبحاث الطيفية النانوية بدقة بصرية عالية جدًا.
تتكون المجاهر الضوئية قريبة المدى من مجسات وأجهزة نقل الإشارات والتحكم في المسح ومعالجة الإشارات وأنظمة ردود الفعل للإشارات. مبدأ توليد المجال القريب واكتشافه: يشع الضوء الساقط جسمًا به العديد من الهياكل الصغيرة على السطح. تحت تأثير مجال الضوء الساقط، تشمل الموجات المنعكسة الناتجة عن هذه الهياكل موجات متلاشية تقتصر على سطح الجسم وتنتشر بعيدًا. موجات الانتشار. تنشأ الموجات المتلاشية من هياكل صغيرة في الأجسام (أجسام أصغر من الطول الموجي). تأتي موجة الانتشار من البنية الخشنة للكائن (الأجسام الأكبر من الطول الموجي)، والتي لا تحتوي على أي معلومات حول البنية الدقيقة للكائن. إذا تم استخدام مركز تشتت صغير جدًا ككاشف نانوي (مثل المسبار) وتم وضعه بالقرب من سطح الجسم بدرجة كافية، فسيتم تحفيز الموجة المتلاشية وتجعلها تبعث الضوء مرة أخرى. يحتوي هذا الضوء المثار أيضًا على موجات متلاشية غير قابلة للاكتشاف وموجات منتشرة يمكن أن تنتشر إلى مواقع بعيدة للكشف عنها. تكمل هذه العملية الكشف عن المجال القريب. التحويل بين حقل التلاشي وحقل الانتشار هو خطي، وحقل الانتشار يعكس بدقة التغييرات في مجال التلاشي. إذا تم استخدام مركز التشتت لمسح سطح جسم ما، فيمكن الحصول على صورة ثنائية الأبعاد. وفقًا لمبدأ المعاملة بالمثل، يتم تبادل أدوار مصدر ضوء الإضاءة وكاشف النانو، ويتم استخدام مصدر ضوء النانو (المجال الزائل) لإلقاء الضوء على العينة. بسبب تأثير التشتت للبنية الدقيقة للكائن على مجال الإضاءة، يتم تحويل الموجة المتضائلة إلى إشارة يمكن اكتشافها على مسافة. نتائج موجات الانتشار المكتشفة هي نفسها تمامًا.
يستخدم المجهر الضوئي للمجال القريب مسبارًا لمسح نقطة بنقطة على سطح العينة وتسجيلها نقطة بنقطة قبل التصوير الرقمي. الشكل 1 هو الرسم التخطيطي لمبدأ التصوير للمجهر الضوئي قريب المجال. في الشكل، يمكن لطريقة التقريب التقريبي xyz ضبط المسافة بين المسبار والعينة بدقة تصل إلى عشرات النانومترات؛ بينما يمكن لمسح xy والتحكم z التحكم في مسح المسبار ومتابعة التعليقات في اتجاه z بدقة 1 نانومتر. يتم إدخال الليزر الساقط الموجود في الشكل إلى المسبار من خلال ألياف بصرية، ويمكن تغيير حالة استقطاب الضوء الساقط وفقًا للمتطلبات. عندما يشع الليزر الساقط العينة، يمكن للكاشف أن يجمع بشكل منفصل إشارة الإرسال وإشارة الانعكاس المعدلة بواسطة العينة، والتي يتم تضخيمها بواسطة أنبوب المضاعف الضوئي، ثم يتم تحويلها مباشرة من التناظرية إلى الرقمية ثم يتم جمعها بواسطة جهاز كمبيوتر أو إدخالها في العينة. المطياف من خلال النظام الطيفي للحصول على الطيف. معلومة. يتم إكمال التحكم في النظام وجمع البيانات وعرض الصور ومعالجة البيانات بواسطة أجهزة الكمبيوتر. يمكن أن نرى من عملية التصوير المذكورة أعلاه أن المجاهر الضوئية قريبة المجال يمكنها جمع ثلاثة أنواع من المعلومات في نفس الوقت، وهي الشكل السطحي للعينة، والإشارات البصرية للمجال القريب، والإشارات الطيفية.
