Principes de microscopie optique en champ proche
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).
Basés sur les principes de détection et d'imagerie des champs non radiatifs, les microscopes optiques en champ proche peuvent dépasser la limite de diffraction des microscopes optiques ordinaires et effectuer une imagerie optique à l'échelle nanométrique et des recherches spectrales à l'échelle nanométrique à une résolution optique ultra-élevée.
Les microscopes optiques en champ proche sont composés de sondes, de dispositifs de transmission de signaux, de systèmes de contrôle de balayage, de traitement du signal et de retour de signal. Principe de génération et de détection en champ proche : la lumière incidente irradie un objet comportant de nombreuses petites structures à la surface. Sous l'action du champ lumineux incident, les ondes réfléchies générées par ces structures comprennent des ondes évanescentes limitées à la surface de l'objet et propagées au loin. propageant des vagues. Les ondes évanescentes proviennent de minuscules structures présentes dans les objets (objets plus petits que la longueur d'onde). L'onde qui se propage provient de la structure grossière de l'objet (objets plus grands que la longueur d'onde), qui ne contient aucune information sur la structure fine de l'objet. Si un très petit centre de diffusion est utilisé comme nanodétecteur (comme une sonde) et est placé suffisamment près de la surface de l'objet, l'onde évanescente sera excitée et lui fera émettre à nouveau de la lumière. Cette lumière excitée contient également des ondes évanescentes indétectables et des ondes propagées qui peuvent se propager vers des endroits éloignés pour être détectées. Ce processus complète la détection en champ proche. La conversion entre le champ évanescent et le champ de propagation est linéaire et le champ de propagation reflète avec précision les changements dans le champ évanescent. Si un centre de diffusion est utilisé pour scanner la surface d'un objet, une image bidimensionnelle peut être obtenue. Selon le principe de réciprocité, les rôles de la source lumineuse d'éclairage et du nano-détecteur sont interchangés, et la source nano-lumineuse (champ évanescent) est utilisée pour éclairer l'échantillon. En raison de l'effet de diffusion de la structure fine de l'objet sur le champ d'éclairage, l'onde évanescente est convertie en un signal détectable à distance. Les résultats des ondes de propagation détectées sont exactement les mêmes.
La microscopie optique en champ proche utilise une sonde pour scanner point par point la surface de l'échantillon et l'enregistrer point par point avant l'imagerie numérique. La figure 1 est le schéma de principe d'imagerie d'un microscope optique en champ proche. Sur la figure, la méthode d'approximation approximative xyz peut ajuster la distance entre la sonde et l'échantillon avec une précision de plusieurs dizaines de nanomètres ; tandis que le balayage xy et le contrôle z peuvent contrôler le balayage de la sonde et le suivi du retour dans la direction z avec une précision de 1 nm. Le laser incident sur la figure est introduit dans la sonde via une fibre optique, et l'état de polarisation de la lumière incidente peut être modifié selon les besoins. Lorsque le laser incident irradie l'échantillon, le détecteur peut collecter séparément le signal de transmission et le signal de réflexion modulés par l'échantillon, qui sont amplifiés par le tube photomultiplicateur, puis directement convertis de l'analogique au numérique, puis collectés par un ordinateur ou entrés dans le spectromètre à travers un système spectroscopique pour obtenir le spectre. information. Le contrôle du système, la collecte de données, l'affichage des images et le traitement des données sont tous réalisés par des ordinateurs. Le processus d'imagerie ci-dessus montre que les microscopes optiques en champ proche peuvent collecter trois types d'informations en même temps, à savoir la morphologie de surface de l'échantillon, les signaux optiques en champ proche et les signaux spectraux.
