מיקרוסקופ אופטי קונבנציונאלי ומיקרוסקופ אופטי כמעט בשדה
המיקרוסקופ האופטי כמעט בשדה הוא מהפכה על פני מיקרוסקופים אופטיים קונבנציונליים. הוא אינו משתמש בעדשות אופטיות להדמיה, אלא משתמש בקצה הבדיקה כדי לסרוק מעל פני המדגם כדי לקבל מידע על פני המדגם. ניתח את המהות הפיזית של עקרונות ההדמיה בין מיקרוסקופים אופטיים מסורתיים לבין מיקרוסקופים אופטיים כמעט בשדה, כמו גם את הדמיון וההבדלים במבנים של שתי מערכות המיקרוסקופ. הציג את שיטת הייצור של בדיקות סיבים אופטיים. המוקד היה בעקרונות גילוי שדה קרוב, השפעות מנהור אופטיות ותכונותיהם של שדות לא רדיטיביים.
מיקרוסקופים אופטיים מסורתיים הם החברים הוותיקים ביותר במשפחת המיקרוסקופ, עם היסטוריה של כמה מאות שנים. פעם זה היה האמצעי היחיד להתבוננות במבנים קטנים. מיקרוסקופים אופטיים מסורתיים משתמשים בעיקר בעדשות אופטיות כדי להגדיל או לאובייקטים תמונה. באופן כללי, עדשה יחידה יכולה להגדיל אובייקט מספר עשרות פעמים, ושימוש בשילוב של עדשות יכול כמעט להגדיל אותו עד כמעט אלף פעמים. השפעת ההפרדה של האור מגבילה את האפשרות לשפר עוד יותר את הרזולוציה של מיקרוסקופים אופטיים. זהו גבול הרזולוציה של ריילי.
סקירה כללית של מיקרוסקופים אופטיים מסורתיים
מיקרוסקופים אופטיים מסורתיים מורכבים מעדשות אופטיות. על ידי שימוש במדד השבירה של החומר ועקמומיות העדשה, האובייקט שנצפה מוגדל כדי לקבל את המידע המפורט שלו. עם זאת, לא ניתן להגדיל באופן שרירותי את ההגדלה של מיקרוסקופ אופטי, מכיוון שהיא מוגבלת על ידי מגבלת ההפרדה האופטית.
כאשר R הוא המרחק בין שתי נקודות, λ הוא אורך הגל של הקורה, N הוא מדד השבירה של המדיום, ו- θ הוא הצמצם החצי הזוויתי של העדשה האוסף וממקד את הקורה על הגלאי. הוא מציין את המרחק בו ניתן להבחין במדויק בשתי נקודות, אשר נקבע על ידי הפרמטרים של מערכת ההדמיה. אי השוויון לעיל מצביע על כך שכדי לשפר את הרזולוציה (כלומר להפחית את המרחק R), יש רק שלוש דרכים: (1) בחר באורכי גל קצרים יותר (אם נבחרים קרינה אלקטרומגנטית UV, צילומי רנטגן או קורות אלקטרונים, הם יהיו יעילים יותר). (2) לשיפור N, לעבוד עם חומרים עם מדד שבירה גבוה. זהו העיקרון של מיקרוסקופיית טבילה, שהומצא על ידי אמיצ'י באמצע -19 המאה. (3) הגדל את זווית הצמצם של המיקרוסקופ. מיקרוסקופים אלקטרוניים משתמשים בקורות אלקטרונים במקום בקורות אור, ומשפרות מאוד את הרזולוציה. יש לציין כי הקריטריון של ריילי מבוסס על הנחת גלים מתפשטים. אם ניתן לאתר שדות שאינם רדיטיביים, הוא צפוי להימנע מקריטריון ריילי ולפרוץ לחלוטין את המגבלות של מחסומי דיפרקציה.
עקרון המיקרוסקופ האופטי כמעט בשדה
אנו יכולים להבין את תהליך ההדמיה כדלקמן: כאשר פוטון או אלקטרון הנפלט על ידי מקור אור מוקרן על אובייקט מטרה, הוא משתקף ונלכד או מתקבל על ידי גלאי כלשהו (כמו עיניו או המצלמה של הצופה). בשל העובדה שמסלול המסלול ומספר החלקיקים המשתקפים קשורים לתכונות של האובייקט, קרני החלקיקים נושאים מידע על מאפייני האובייקט. אנו קוראים להקרנה על יעד 'תמונה'. מבחינה פיזית, אובייקטים ותמונות שונים מאוד: אובייקטים בדרך כלל תלת מימדיים; והיא בדרך כלל השלכה דו-ממדית של כמויות פיזיות הקשורות למבנה האובייקט, מכיוון שמדיום ההקלטה הוא דו ממדי. כמות פיזית זו היא בדרך כלל עוצמת האור, שכן גלאים רגישים רק לעוצמת האור. אם נחליף את האובייקט עצמו בשדה אור הקשור לאובייקט, אנו עשויים ללמוד את הקשר בין שדה האובייקט לשדה התמונה, כלומר הקשר בין עוצמת שדה האובייקט לעוצמתו במישור התמונה. עם זאת, השאלה הראשונה שצריך לענות עליה היא: מה הקשר בין מבנה האובייקט לשדה האור שלו? באופן עקרוני, משוואותיו של מקסוול מספקות דרך ללמוד בעיה זו: שינויי התפלגות זרם אלקטרונים או צפיפות מטען בתוך אובייקט בפעולה של שדה אלקטרומגנטי חיצוני; המטענים והזרמים המתנדנדים יכולים לגרום לשינויים בשדה האלקטרומגנטי, ולאפשר לו להתפשט מעל פני האובייקט לחלל החיצוני. על פי עקרון ההמשכיות, נראה שהגיוני להסיק כי ניתן לשחזר את חלוקת המטענים והזרמים על פני האובייקט מחלוקת השדה המרחבי קרוב מאוד לאובייקט. בשל העובדה כי חלוקת המטענים או הזרמים משתנה רק במרחקים קטנים במיוחד (בדרך כלל פחות מאורך הגל), אנו מניחים גם כי "שדה החלל קרוב מאוד לאובייקט" משתנה רק במרחקים כה קטנים.
