หลักการของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้ของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้
The traditional optical microscope consists of optical lenses that can magnify an object up to thousands of times to observe the details. Due to the diffraction effect of light waves, an infinite increase in magnification is not possible because the obstacle of the diffraction limit of light waves will be encountered, and the resolution of the traditional optical microscope cannot be more than half of the wavelength of light. For example, with a wavelength of λ = 400nm of green light as a light source, can only distinguish between two objects that are 200nm apart. In practice λ>400nm, the resolution is somewhat lower. This is due to the fact that optical observation in general is made at a great distance from the object (>>λ).
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสนามใกล้เคียง ซึ่งมีพื้นฐานอยู่บนหลักการของการตรวจวัดและการถ่ายภาพด้วยสนามแบบไม่ใช้รังสี สามารถทะลุขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไปได้ ซึ่งช่วยให้สามารถถ่ายภาพด้วยแสงระดับนาโนและการศึกษาทางสเปกโทรสโกปีระดับนาโนที่ระดับอัลตร้า- ความละเอียดแสงสูง
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้ประกอบด้วยโพรบ อุปกรณ์ส่งสัญญาณ การควบคุมการสแกน การประมวลผลสัญญาณ และระบบตอบรับสัญญาณ หลักการสร้างและการตรวจจับสนามใกล้เคียง: การฉายรังสีแสงตกกระทบไปยังพื้นผิวของวัตถุด้วยโครงสร้างจุลภาคขนาดเล็กจำนวนมาก โครงสร้างจุลภาคเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นสนามแสงตกกระทบ คลื่นสะท้อนที่เกิดขึ้นประกอบด้วยคลื่นฉับพลันที่จำกัดอยู่ที่พื้นผิวของวัตถุและการแพร่กระจาย คลื่นไปไกล คลื่นกะทันหันมาจากโครงสร้างเล็กๆ ในวัตถุ (วัตถุที่เล็กกว่าความยาวคลื่น) คลื่นที่แพร่กระจายมาจากโครงสร้างคร่าวๆ ของวัตถุ (วัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่น) ซึ่งไม่มีข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับโครงสร้างละเอียดของวัตถุ หากใช้จุดศูนย์กลางการกระเจิงที่มีขนาดเล็กมากเป็นเครื่องตรวจจับนาโน (เช่น โพรบ) ให้วางไว้ใกล้พื้นผิวของวัตถุมากพอที่จะกระตุ้นคลื่นที่รวดเร็ว ทำให้มันเปล่งแสงอีกครั้ง แสงที่เกิดจากการกระตุ้นนี้ยังประกอบด้วยคลื่นที่รวดเร็วซึ่งตรวจไม่พบและคลื่นที่แพร่กระจายซึ่งสามารถแพร่กระจายไปยังการตรวจจับระยะไกล และกระบวนการนี้ทำให้การตรวจจับสนามแม่เหล็กใกล้เสร็จสมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงระหว่างฟิลด์ที่รวดเร็วและฟิลด์การแพร่กระจายนั้นเป็นเส้นตรง และฟิลด์การแพร่กระจายจะสะท้อนการเปลี่ยนแปลงในช่องที่ซ่อนอยู่อย่างแม่นยำ หากใช้ศูนย์กระจายเพื่อสแกนบนพื้นผิวของวัตถุ ก็จะได้ภาพสองมิติ ตามหลักการของการตอบแทนซึ่งกันและกัน บทบาทของแหล่งกำเนิดแสงที่ฉายรังสีและเครื่องตรวจจับนาโนจะสลับกัน และตัวอย่างจะถูกฉายรังสีด้วยแหล่งกำเนิดแสงนาโน (สนามฉับพลัน) และเนื่องจากการกระเจิงของสนามการฉายรังสี ด้วยโครงสร้างที่ละเอียดของวัตถุ คลื่นฉับพลันจะถูกแปลงเป็นคลื่นที่แพร่กระจายซึ่งสามารถตรวจจับได้ในระยะไกล และผลลัพธ์ก็เหมือนกันทุกประการ
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้ประกอบด้วยการสแกนแบบจุดต่อจุดและการบันทึกแบบจุดต่อจุดโดยใช้โพรบบนพื้นผิวของตัวอย่างตามด้วยการถ่ายภาพดิจิทัล รูปที่ 1 แสดงแผนผังการถ่ายภาพของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้ ในภาพ วิธีการประมาณหยาบ xyz สามารถปรับระยะห่างจากโพรบถึงตัวอย่างได้ด้วยความแม่นยำหลายสิบนาโนเมตร ในขณะที่การสแกน xy และการควบคุม z สามารถใช้ได้ด้วยความแม่นยำ 1 นาโนเมตร เพื่อควบคุมการสแกนโพรบและการตอบสนองในทิศทาง z เลเซอร์ตกกระทบดังแสดงในภาพถูกนำเข้าไปในโพรบผ่านใยแก้วนำแสง และสถานะโพลาไรเซชันของแสงตกกระทบสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความต้องการ เมื่อเลเซอร์ตกกระทบฉายรังสีตัวอย่าง เครื่องตรวจจับสามารถแยกสัญญาณการส่งและการสะท้อนที่มอดูเลตโดยตัวอย่างและขยายโดยหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ จากนั้นจึงโดยตรงโดยตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลผ่านการได้มาของคอมพิวเตอร์หรือผ่านระบบสเปกโทรสโกปี สเปกโตรมิเตอร์เพื่อรับข้อมูลสเปกตรัม คอมพิวเตอร์ควบคุมระบบ การเก็บข้อมูล การแสดงภาพ และการประมวลผลข้อมูล จากกระบวนการถ่ายภาพข้างต้น จะเห็นได้ว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้สามารถรวบรวมข้อมูลได้ 3 ประเภทพร้อมกัน ได้แก่ สัณฐานวิทยาของพื้นผิวของตัวอย่าง สัญญาณแสงระยะใกล้ และสัญญาณสเปกตรัม
