近場掃描光學顯微鏡的原理和應用
自從阿貝和瑞利時代起,人們就知道經典光學顯微鏡的分辨率是受衍射限制的,通過光學系統可以分辮的zui小距離。這是因為場與有限大小物體的相互作用可分為兩部分:一個是與低空間頻率相的擴散場,t<2/1;一個是與高空間頻率相的耗散場,f>2/1.現在我們了解到,由于物體所傳播的遠場中不包括耗散場這一項,所以小于波長尺寸物體的探測就有很大困難,.zui近,一種新型的光學顯微鏡—近場掃描光學顯微鏡或掃描隧道光學顯微鏡已發展起來.這種顯微鏡的基本原理是探測小于波長尺寸的物體所傳播的近場,這就解決了上述主要問題.
在70年代初,Ash和NichollsW證明T在微波波段的超分辨率顯微鏡原理.在這以后大約十年內這項技術沒有很大發展.直到1984年G. Massey等人發表了他們zui初的實驗結果,把Ash和Nicholls的理淪護展到了可見光波段.然后,很多關于近場技術的報告紛紛發表。例如。Ficher用一個較大的孔來掃描低于波長大小的結構,并給出了一系列有趣的實驗結果,但這些結果由于種種原因難于解釋。Massey把近場成像技術發展到遠紅外波段,這一發展得到很多應用。Poh等人研究了被他們稱做是“光學診斷器”的超分辨率顯微鏡(iil,這種顯微鏡與E. Betzig等人在986年提出的近場掃描光學顯微鏡(NSOM)系統相似,但它無論從理論到實驗上都還很不完善。此后一些報道進一步完善了NSOM系統,并把它應用于生物結構及其他一些微小結構樣品.
http://www.cnrico.com
奧林巴斯顯微鏡
奧林巴斯顯微鏡的zui基本思想如所示.人射光垂直射人帶有一個小孔(尺度小于波長尺度)的屏上,由于屏是不透明的,人射光透過小孔出射到屏以下區域.在近場區域(相對于孔平面)出射光被限制于孔的尺寸范圍內,而與人射光的波長無關.在遠場,人射光發生明顯的衍射效應,以致不能得到孔的幾何成像.應用準直現象,可把待測樣品放莊孔的近場區域
內.在這種情況下孔相當于一個光源,它的尺寸不再受幾何光學的限制,保側從樣品透過的
或反射的光可產生一個高分辨率的成像.因為分辨率依賴于孔的尺寸而不是波長,所以如果孔足夠小,可得到10nm或更小的分辨率。
在此基本理論的基礎上,有人提出了反射近場光學顯微鏡的模型。它討論了一個導光
的介質尖錐與小于波長尺度粗糙表面之間光的相互作用.這一模型的一種實驗方案。
用He-Ne激光器做照射光源.透鏡把平行光聚焦從側面照射樣品,樣品表面外即產生一指數衰減的耗散場.當導光的錐尖處于這一場區時,它即刻把耗散場(evanescent field)的光傳導給光探測器.計算機對光電信號進行數字化處理可得出三維成像.介質尖錐尺寸及其與樣品的距離都小于光的波長.
玻璃片上吸附物的三維圖像.介質錐尖與樣品間的距離不變,玻璃片上吸附物的三維圖像橫向和縱向分辨率都優于50 nm,zui高可接近10nm不難理解,介質錐尖制作是關鍵技術之一,錐尖尺寸越小越好,它直接影響圖像的橫向分辨率.介質錐尖與樣品表面間的距離必須足夠小,否則達不到近場條件要求,它直接影響圖像的縱向分辨率.
近場光學掃描顯微鏡的實驗結果是令人鼓舞的,其分辨率已達到了很高的水平,盡管還還可進一步開發,應用范圍還可進一步擴大。
立即詢價
您提交后,專屬客服將第一時間為您服務