หลักการของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงในสนามใกล้
Traditional optical microscopes are composed of optical lenses that can magnify objects to thousands of times to observe details. Due to the diffraction effect of light waves, it is impossible to increase the magnification infinitely because it will encounter the obstacle of the diffraction limit of light waves. Traditional optics The resolution of a microscope cannot exceed half the wavelength of light. For example, using green light with a wavelength of λ=400nm as a light source, it can only distinguish two objects that are 200nm apart. In practical applications, λ>400nm, the resolution is lower. This is because general optical observations are performed far away from the object (>>λ).
ตามหลักการตรวจจับและการถ่ายภาพของสนามที่ไม่มีรังสี กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้สามารถทะลุขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงธรรมดาได้ และสามารถทำการถ่ายภาพด้วยแสงระดับนาโนและการวิจัยสเปกตรัมระดับนาโนที่ความละเอียดแสงสูงเป็นพิเศษ
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้ประกอบด้วยโพรบ อุปกรณ์ส่งสัญญาณ การควบคุมการสแกน การประมวลผลสัญญาณ และระบบตอบรับสัญญาณ หลักการสร้างและการตรวจจับสนามใกล้เคียง: แสงตกกระทบจะฉายรังสีวัตถุที่มีโครงสร้างเล็กๆ จำนวนมากบนพื้นผิว ภายใต้การกระทำของสนามแสงตกกระทบ คลื่นสะท้อนที่เกิดจากโครงสร้างเหล่านี้รวมถึงคลื่นที่หายไปซึ่งจำกัดอยู่ที่พื้นผิวของวัตถุและแพร่กระจายออกไปในระยะไกล การแพร่กระจายของคลื่น คลื่นอีแวนเซนต์เกิดจากโครงสร้างเล็กๆ ในวัตถุ (วัตถุที่เล็กกว่าความยาวคลื่น) คลื่นที่แพร่กระจายมาจากโครงสร้างคร่าวๆ ของวัตถุ (วัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่น) ซึ่งไม่มีข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับโครงสร้างละเอียดของวัตถุ หากใช้จุดศูนย์กลางการกระเจิงที่มีขนาดเล็กมากเป็นเครื่องตรวจจับนาโน (เช่น โพรบ) และวางไว้ใกล้พื้นผิวของวัตถุเพียงพอ คลื่นที่หายไปจะตื่นเต้นและทำให้มันเปล่งแสงอีกครั้ง แสงที่ตื่นเต้นนี้ยังมีคลื่นที่หายไปซึ่งตรวจไม่พบและคลื่นที่แพร่กระจายซึ่งสามารถแพร่กระจายไปยังสถานที่ห่างไกลเพื่อตรวจจับได้ กระบวนการนี้ทำให้การตรวจจับระยะใกล้เสร็จสมบูรณ์ การแปลงระหว่างสนามหายและสนามแพร่กระจายจะเป็นเส้นตรง และสนามแพร่กระจายสะท้อนการเปลี่ยนแปลงในสนามหายได้อย่างแม่นยำ หากใช้ศูนย์กลางการกระเจิงในการสแกนพื้นผิวของวัตถุ ก็จะได้ภาพสองมิติ ตามหลักการของการตอบแทนซึ่งกันและกัน บทบาทของแหล่งกำเนิดแสงส่องสว่างและเครื่องตรวจจับนาโนจะสับเปลี่ยนกัน และใช้แหล่งกำเนิดแสงนาโน (สนามที่หายไป) เพื่อส่องสว่างตัวอย่าง เนื่องจากผลกระทบจากการกระเจิงของโครงสร้างเล็กๆ ของวัตถุบนสนามการส่องสว่าง คลื่นที่หายไปจึงถูกแปลงเป็นสัญญาณที่สามารถตรวจจับได้ในระยะไกล ผลลัพธ์ของคลื่นการแพร่กระจายที่ตรวจพบจะเหมือนกันทุกประการ
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้ใช้โพรบเพื่อสแกนจุดต่อจุดบนพื้นผิวตัวอย่างและบันทึกทีละจุดก่อนการถ่ายภาพดิจิทัล รูปที่ 1 เป็นแผนภาพหลักการถ่ายภาพของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้ ในภาพ วิธีการประมาณค่าแบบคร่าวๆ xyz สามารถปรับระยะห่างระหว่างโพรบกับตัวอย่างได้ด้วยความแม่นยำหลายสิบนาโนเมตร ในขณะที่การสแกน xy และการควบคุม z สามารถควบคุมการสแกนโพรบและการติดตามผลป้อนกลับในทิศทาง z ด้วยความแม่นยำ 1 นาโนเมตร เลเซอร์ตกกระทบในภาพถูกนำเข้าไปในโพรบผ่านใยแก้วนำแสง และสถานะโพลาไรเซชันของแสงตกกระทบสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความต้องการ เมื่อเลเซอร์ตกกระทบฉายรังสีตัวอย่าง เครื่องตรวจจับสามารถรวบรวมสัญญาณการส่งและสัญญาณสะท้อนที่มอดูเลตโดยตัวอย่างแยกกัน ซึ่งถูกขยายโดยหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ จากนั้นแปลงจากแอนะล็อกเป็นดิจิทัลโดยตรง จากนั้นจึงรวบรวมโดยคอมพิวเตอร์หรือป้อนเข้าไปใน สเปกโตรมิเตอร์ผ่านระบบสเปกโทรสโกปีเพื่อให้ได้สเปกตรัม ข้อมูล. การควบคุมระบบ การรวบรวมข้อมูล การแสดงภาพ และการประมวลผลข้อมูล ล้วนเสร็จสิ้นโดยคอมพิวเตอร์ จากกระบวนการถ่ายภาพข้างต้น จะเห็นได้ว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้สามารถรวบรวมข้อมูลได้ 3 ประเภทพร้อมกัน ได้แก่ สัณฐานวิทยาของพื้นผิวของตัวอย่าง สัญญาณแสงระยะใกล้ และสัญญาณสเปกตรัม
