העיקרון של מיקרוסקופיה אופטית בשדה קרוב
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 (>>λ) מהאובייקט.
בהתבסס על עקרונות הזיהוי וההדמיה של שדות לא קרינתיים, מיקרוסקופים אופטיים של שדה קרוב יכולים לפרוץ את גבול העקיפה של מיקרוסקופים אופטיים רגילים ולבצע הדמיה אופטית בקנה מידה ננומטרי ומחקר ספקטרלי ברזולוציה אופטית גבוהה במיוחד.
המיקרוסקופ האופטי של השדה הקרוב מורכב מבדיקה, התקן העברת אותות, בקרת סריקה, עיבוד אותות ומערכת משוב אותות. העיקרון של יצירת וזיהוי של שדה קרוב: האור הנכנס מאיר על עצם עם הרבה מבנים קטנים ועדינים על פני השטח. מבנים עדינים אלו, תחת פעולת שדה האור הנכנס, מייצרים גלים מוחזרים כולל גלים נעלמים המוגבלים לפני השטח של העצם וגלים מתפשטים לכיוון המרחק. גלים מתפוגגים מגיעים ממבנים עדינים בתוך עצמים (אובייקטים קטנים מאורך הגל). הגלים המתפשטים מגיעים מהמבנים הגסים באובייקט (חפצים גדולים מאורך הגל), שאינם מכילים מידע על המבנה העדין של העצם. אם מרכז פיזור קטן מאוד משמש כננו-גלאי (כגון בדיקה) וממוקם קרוב מספיק לפני השטח של העצם, הגל הנעלם מתרגש, וגורם לו לפלוט שוב אור. האור שנוצר על ידי עירור זה כולל גם גלים בלתי ניתנים לזיהוי וגלי התפשטות שיכולים להתפשט לזיהוי רחוק, ולהשלים את תהליך זיהוי השדה הקרוב. המעבר בין השדה הנעלם לשדה ההתפשטות הוא ליניארי, ושדה ההתפשטות משקף במדויק את השינויים בשדה הסמוי. אם מרכז פיזור משמש לסריקת פני השטח של אובייקט, ניתן לקבל תמונה דו מימדית. על פי עקרון ההיפוך ההדדי, האינטראקציה בין מקור האור הקרינה לננו-גלאי מוחלפת, והדגימה מוקרנת במקור ננו-אור (שדה נעלם). בשל אפקט הפיזור של המבנה העדין של העצם בהשוואה לשדה הפליטה, הגל הנעלם הופך לגל מתפשט הניתן לזיהוי מרחוק, והתוצאות זהות לחלוטין.
מיקרוסקופיה אופטית קרובה לשדה היא טכניקת הדמיה דיגיטלית הכוללת סריקה והקלטה של בדיקה נקודה אחר נקודה על פני השטח של דגימה. איור 1 הוא דיאגרמת עיקרון הדמיה של מיקרוסקופ אופטי בשדה קרוב. שיטת הקירוב הגס של xyz באיור יכולה להתאים את המרחק בין הגשושית לדגימה בדיוק של עשרות ננומטרים; סריקת ה-xy ו-z-control יכולים לשלוט בסריקת הגשושית ובמשוב בכיוון z עם דיוק של 1nm. הלייזר המתרחש באיור מוחדר לתוך הגשש דרך סיב אופטי ויכול לשנות את מצב הקיטוב של האור הנוצר בהתאם לדרישות. כאשר הלייזר המקרי מקרין את הדגימה, הגלאי יכול לאסוף בנפרד את אות השידור ואת אות ההשתקפות המווסתים על ידי הדגימה, המוגברים על ידי צינור מכפיל פוטו. לאחר מכן, הם מומרים ישירות מאנלוגי לדיגיטלי ונאספים על ידי מחשב או מוכנסים לספקטרומטר באמצעות מערכת ספקטרוסקופית כדי לקבל מידע ספקטרלי. בקרת מערכת, רכישת נתונים, הצגת תמונות ועיבוד נתונים מתבצעים כולם על ידי מחשבים. מתהליך ההדמיה לעיל, ניתן לראות שמיקרוסקופיה אופטית של שדה קרוב יכולה לאסוף בו-זמנית שלושה סוגים של מידע, כלומר מורפולוגיה פני השטח של המדגם, אותות אופטיים של שדה קרוב ואותות ספקטרליים.
