مبدأ الفحص المجهري البصري للمجال القريب
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 (>>φ) من الكائن.
استنادًا إلى مبادئ الكشف والتصوير للمجالات غير الإشعاعية، يمكن للمجاهر الضوئية القريبة من المجال اختراق حد الحيود للمجاهر الضوئية العادية وإجراء التصوير البصري النانوي والأبحاث الطيفية بدقة بصرية عالية جدًا.
يتكون المجهر الضوئي للمجال القريب من مسبار، وجهاز نقل الإشارة، والتحكم في المسح، ومعالجة الإشارات، ونظام تغذية الإشارة. مبدأ توليد المجال القريب واكتشافه: يسلط الضوء الساقط على جسم به العديد من الهياكل الصغيرة والدقيقة على السطح. تنتج هذه الهياكل الدقيقة، تحت تأثير مجال الضوء الساقط، موجات منعكسة بما في ذلك موجات متلاشية تقتصر على سطح الجسم وتنتشر موجات نحو المسافة. تأتي الموجات المتلاشية من هياكل دقيقة داخل الأجسام (أجسام أصغر من الطول الموجي). تأتي موجات الانتشار من الهياكل الخشنة الموجودة في الجسم (الأجسام الأكبر من الطول الموجي)، والتي لا تحتوي على أي معلومات حول البنية الدقيقة للجسم. إذا تم استخدام مركز تشتت صغير جدًا ككاشف نانوي (مثل المسبار) وتم وضعه بالقرب بما يكفي من سطح الجسم، فسيتم إثارة الموجة المتضائلة، مما يؤدي إلى انبعاث الضوء مرة أخرى. يتضمن الضوء الناتج عن هذا الإثارة أيضًا موجات متلاشية غير قابلة للاكتشاف وموجات انتشار يمكن أن تنتشر للكشف عن بعد، مما يكمل عملية الكشف عن المجال القريب. يكون الانتقال بين المجال الزائل ومجال الانتشار خطيًا، ويعكس مجال الانتشار بدقة التغييرات في المجال الكامن. إذا تم استخدام مركز التشتت لمسح سطح جسم ما، فيمكن الحصول على صورة ثنائية الأبعاد. وفقًا لمبدأ الانعكاس المتبادل، يتم تبديل التفاعل بين مصدر ضوء التشعيع وكاشف النانو، ويتم تشعيع العينة بمصدر ضوء نانوي (مجال زائل). بسبب تأثير التشتت للبنية الدقيقة للجسم مقارنة بمجال الانبعاث، يتم تحويل الموجة المتضائلة إلى موجة منتشرة يمكن اكتشافها على مسافة، وتكون النتائج متطابقة تمامًا.
الفحص المجهري البصري للمجال القريب هو تقنية تصوير رقمية تتضمن مسح وتسجيل نقطة مسبار بنقطة على سطح العينة. الشكل 1 هو رسم تخطيطي لمبدأ التصوير للمجهر الضوئي قريب المجال. يمكن لطريقة التقريب التقريبية لـ xyz في الشكل ضبط المسافة بين المسبار والعينة بدقة تصل إلى عشرات النانومترات؛ يمكن للمسح xy والتحكم z التحكم في مسح المسبار وردود الفعل على اتجاه z بدقة 1 نانومتر. يتم إدخال الليزر الساقط الموجود في الشكل إلى المسبار من خلال الألياف الضوئية ويمكنه 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 مضاعف ضوئي. ثم يتم تحويلها مباشرة من التناظرية إلى الرقمية وجمعها بواسطة جهاز كمبيوتر أو إدخالها في مقياس الطيف من خلال نظام طيفي للحصول على المعلومات الطيفية. يتم إكمال التحكم في النظام والحصول على البيانات وعرض الصور ومعالجة البيانات بواسطة أجهزة الكمبيوتر. من عملية التصوير المذكورة أعلاه، يمكن ملاحظة أن الفحص المجهري البصري للمجال القريب يمكنه جمع ثلاثة أنواع من المعلومات في وقت واحد، وهي الشكل السطحي للعينة، والإشارات الضوئية للمجال القريب، والإشارات الطيفية.
