Microscope optique conventionnel et microscope optique en champ proche
Le microscope optique en champ proche est une révolution par rapport aux microscopes optiques conventionnels. Il n'utilise pas de lentilles optiques pour l'imagerie, mais utilise la pointe de la sonde pour scanner au-dessus de la surface de l'échantillon pour obtenir des informations sur la surface de l'échantillon. Analysé l'essence physique des principes d'imagerie entre les microscopes optiques traditionnels et les microscopes optiques en champ proche, ainsi que les similitudes et les différences dans les structures des deux systèmes de microscope. A introduit la méthode de fabrication des sondes à fibre optique. L'accent était mis sur les principes de la détection en champ proche, des effets de tunneling optique et des propriétés des champs non radiatifs.
Les microscopes optiques traditionnels sont les membres les plus anciens de la famille des microscopes, avec une histoire de plusieurs centaines d'années. C'était le seul moyen d'observer de petites structures. Les microscopes optiques traditionnels utilisent principalement des lentilles optiques pour agrandir ou image d'image. D'une manière générale, une seule lentille peut agrandir un objet plusieurs dizaines de fois, et l'utilisation d'une combinaison de lentilles peut presque l'agrandir jusqu'à près de mille fois. L'effet de diffraction de la lumière limite la possibilité d'améliorer davantage la résolution des microscopes optiques. Ceci est la limite de résolution de Rayleigh.
Aperçu des microscopes optiques traditionnels
Les microscopes optiques traditionnels sont composés de lentilles optiques. En utilisant l'indice de réfraction du matériau et la courbure de l'objectif, l'objet observé est amplifié pour obtenir ses informations détaillées. Cependant, le grossissement d'un microscope optique ne peut pas être augmenté arbitrairement, car il est limité par la limite de diffraction optique.
Lorsque R est la distance entre deux points, λ est la longueur d'onde du faisceau, n est l'indice de réfraction du milieu, et θ est l'ouverture à moitié angulaire de la lentille qui recueille et concentre le faisceau sur le détecteur. Il spécifie la distance à laquelle deux points peuvent être distingués précisément, ce qui est déterminé par les paramètres du système d'imagerie. L'inégalité ci-dessus indique que pour améliorer la résolution (c'est-à-dire réduire la distance R), il n'y a que trois façons: (1) choisissez des longueurs d'onde plus courtes (si le rayonnement électromagnétique UV, les rayons X ou les poutres d'électrons sont choisis, ils seront plus efficaces). (2) Pour améliorer N, travailler avec des matériaux avec un indice de réfraction élevé. Ceci est le principe de la microscopie à immersion, inventé par Amici au milieu -19 e siècle. (3) augmenter l'angle d'ouverture du microscope. Les microscopes électroniques utilisent des faisceaux d'électrons au lieu de faisceaux lumineux, améliorant considérablement la résolution. Il convient de noter que le critère de Rayleigh est basé sur l'hypothèse d'ondes de propagation. Si des champs non radiatifs peuvent être détectés, il devrait éviter le critère de Rayleigh et percer complètement les limites des barrières de diffraction.
Principe du microscope optique en champ proche
Nous pouvons comprendre le processus d'imagerie comme suit: Lorsqu'un photon ou un électron émis par une source de lumière est projeté sur un objet cible, il est réfléchi et capturé ou reçu par un détecteur (comme les yeux ou la caméra de l'observateur). En raison du fait que la trajectoire et le nombre de particules réfléchies sont liées aux propriétés de l'objet, les faisceaux de particules transportent des informations sur les caractéristiques de l'objet. Nous appelons la projection sur une cible une «image». Physiquement, les objets et les images sont extrêmement différents: les objets sont généralement tridimensionnels; Et c'est généralement une projection bidimensionnelle des quantités physiques liées à la structure de l'objet, car le milieu d'enregistrement est bidimensionnel. Cette quantité physique est généralement une intensité de lumière, car les détecteurs ne sont sensibles qu'à l'intensité de la lumière. Si nous remplaçons l'objet lui-même par un champ lumineux lié à l'objet, nous pouvons étudier la relation entre le champ d'objet et le champ d'image, c'est-à-dire la relation entre l'intensité du champ d'objet et son intensité sur le plan d'image. Cependant, la première question à laquelle il faut répondre est: quelle est la relation entre la structure d'un objet et son champ lumineux? En principe, les équations de Maxwell fournissent un moyen d'étudier ce problème: les changements de distribution du courant électronique ou de la densité de charge à l'intérieur d'un objet sous l'action d'un champ électromagnétique externe; Les charges et les courants oscillants peuvent provoquer des changements dans le champ électromagnétique, lui permettant de se propager de la surface d'un objet à l'espace externe. Selon le principe de continuité, il semble logique de déduire que la distribution des charges et des courants à la surface d'un objet peut être reconstruite à partir de la distribution de champ spatial extrêmement proche de l'objet. En raison du fait que la distribution des charges ou des courants ne change qu'à des distances extrêmement petites (généralement moins que la longueur d'onde), nous supposons également que le "champ d'espace extrêmement proche de l'objet" ne change que à de si petites distances.
