Où sont les avantages du microscope optique à champ proche et du microscope à champ lointain ?
Qu'est-ce que la microscopie optique en champ proche ?
Depuis les années 1980, avec l'avancement de la science et de la technologie vers des espaces à petite échelle et de faible dimension et le développement de la technologie de microscopie à sonde à balayage, un nouveau sujet interdisciplinaire - l'optique en champ proche - a émergé dans le domaine de l'optique. L'optique en champ proche a révolutionné la limite de résolution optique traditionnelle. L'émergence d'un nouveau type de microscope optique à champ proche (NSOM—Near-field Scanning Optical Microscope, ou SNOM) a élargi le champ de vision des gens de la moitié de la longueur d'onde de la lumière incidente à quelques dixièmes de la longueur d'onde, c'est-à-dire la échelle nanométrique. En microscopie optique en champ proche, les lentilles des instruments optiques conventionnels sont remplacées par de minuscules sondes optiques avec des ouvertures de pointe beaucoup plus petites que la longueur d'onde de la lumière.
Dès 1928, Synge a proposé qu'après avoir irradié la lumière incidente à travers un petit trou avec une ouverture de 10 nm sur un échantillon à une distance de 10 nm, balayant avec un pas de 10 nm et collectant le signal optique de la micro-zone, il est possible pour obtenir une très haute résolution. Dans cette description intuitive, Synge a clairement prédit les principales caractéristiques de la microscopie optique moderne en champ proche.
En 1970, Ash et Nicholls ont appliqué le concept de champ proche pour réaliser une imagerie bidimensionnelle avec une résolution de K/60 dans la bande des micro-ondes (K=3cm). En 1983, le centre de recherche BM Zurich a fabriqué avec succès des trous de lumière à l'échelle nanométrique sur la pointe d'un cristal de quartz recouvert de métal. Des images à très haute résolution optique à K/20 sont obtenues en utilisant le courant tunnel comme rétroaction pour la distance entre la sonde et l'échantillon. L'impulsion pour attirer l'attention sur l'optique en champ proche est venue des laboratoires AT&T Bell. En 1991, Betzig et al. utilisé une fibre optique pour créer un trou optique conique avec un flux lumineux élevé et déposé un film métallique sur le côté, couplé à une méthode unique d'ajustement de l'espacement sonde-échantillon de force de cisaillement, qui a non seulement augmenté le flux de photons transmis. En même temps, il fournit une méthode de contrôle stable et fiable, qui a déclenché une observation optique à haute résolution de la microscopie optique en champ proche dans différents domaines tels que la biologie, la chimie, les domaines magnéto-optiques et les dispositifs de stockage d'informations à haute densité, et les appareils quantiques. série d'études. L'optique dite champ proche est relative à l'optique champ lointain. Les théories optiques traditionnelles, telles que l'optique géométrique et l'optique physique, n'étudient généralement que la distribution des champs lumineux loin des sources lumineuses ou des objets, et sont généralement appelées optiques à champ lointain. En principe, il existe une limite de diffraction en champ lointain dans l'optique en champ lointain, ce qui limite la taille de résolution minimale et la taille de marque minimale lors de l'utilisation du principe de l'optique en champ lointain pour la microscopie et d'autres applications optiques. L'optique en champ proche, quant à elle, étudie la distribution des champs lumineux dans une plage de longueurs d'onde à partir d'une source lumineuse ou d'un objet. Dans le domaine de la recherche en optique en champ proche, la limite de diffraction en champ lointain est dépassée et la limite de résolution n'est plus soumise à aucune restriction en principe et peut être infiniment petite, de sorte que la résolution optique de l'imagerie microscopique et d'autres optiques les applications peuvent être améliorées sur la base du principe de l'optique en champ proche. Taux.
La résolution optique basée sur la technologie optique en champ proche peut atteindre le niveau du nanomètre, franchissant la limite de diffraction de résolution de l'optique traditionnelle, ce qui fournira des opérations puissantes, des méthodes de mesure et des systèmes d'instruments pour de nombreux domaines de la recherche scientifique, en particulier le développement de la nanotechnologie. À l'heure actuelle, les microscopes optiques à balayage en champ proche et les spectromètres en champ proche basés sur la détection de champ évanescent ont été appliqués dans les domaines de la physique, de la biologie, de la chimie et de la science des matériaux, et le champ d'application est en constante expansion ; tandis que d'autres applications basées sur l'optique en champ proche, telles que la nano-lithographie et le stockage optique en champ proche ultra-haute densité, les composants nano-optiques, la capture et la manipulation de particules à l'échelle nanométrique, etc., ont également attiré l'attention de de nombreux scientifiques.
Mis à part le fait qu'ils s'appellent tous les deux des microscopes, il n'y a pas beaucoup de similitudes.
Tout d'abord, la plus grande différence est que la résolution est différente. Le microscope à champ lointain, c'est-à-dire le microscope optique traditionnel, est limité par la limite de diffraction. Il est difficile d'imager clairement dans des régions plus petites que la longueur d'onde de la lumière ; tandis que le microscope à champ proche peut obtenir une imagerie claire.
Deuxièmement, le principe est différent. Le microscope à champ lointain utilise la réflexion et la réfraction de la lumière, etc., et peut utiliser la combinaison de lentilles ; tandis que dans le champ proche, une sonde est nécessaire, et le couplage et la conversion du champ évanescent et du champ de transmission sont utilisés pour réaliser l'alignement de la lumière. acquisition de signaux.
Aussi, la complexité de l'instrument, le coût, etc., les deux ne sont pas les mêmes.
