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近場掃描光學顯微鏡的基本工作原理

更新時間:2025-02-17點擊次數(shù):160
  近場掃描光學顯微鏡是一種利用光學近場效應進行高分辨率成像的顯微技術。與傳統(tǒng)的光學顯微鏡相比,它能夠突破光學衍射極限,實現(xiàn)超高分辨率,甚至可以達到亞波長級別的分辨率。這使得其在納米科學、生物學、材料學等多個領域中具有廣泛應用。
  近場掃描光學顯微鏡的工作原理基于光的近場效應。傳統(tǒng)的光學顯微鏡分辨率受到光的波長的限制,無法觀察小于光波長的細節(jié)。而它通過利用光在探針的局部場增強效應,能夠?qū)崿F(xiàn)遠超傳統(tǒng)光學顯微鏡的分辨率。
  探針(通常是光纖探針)通常的直徑只有幾納米到幾十納米。當激光光束照射到探針時,由于光的局部增強效應,探針附近會形成一個強烈的電磁場,這種局部的近場光可以用來探測樣品表面的信息。
 

近場掃描光學顯微鏡

 

  近場掃描光學顯微鏡的工作過程大致可以分為以下幾個步驟:
  1、光源激發(fā):首先,激光光源發(fā)出的光束通過光纖或其他適合的光導方式傳輸?shù)教结槨?/div>
  2、近場光耦合:激光光束進入光纖后,部分光會通過探針的耦合到樣品表面。由于光纖探針的尺寸非常小,光束被局部聚焦,產(chǎn)生強烈的電磁場,這種局部的光場是近場光。
  3、樣品與近場相互作用:當探針非常接近樣品表面時,探針的近場光與樣品表面發(fā)生相互作用。這些相互作用包括反射、散射或熒光發(fā)射等。
  4、信號收集與成像:通過檢測從樣品表面返回的信號(例如熒光信號或散射光),可以獲取有關樣品表面微結構的信息。探針在樣品表面沿不同位置掃描,通過記錄不同位置的信號強度,最終重建出樣品的近場光學圖像。
  近場掃描光學顯微鏡通過利用光學近場效應,突破了分辨率限制,實現(xiàn)了對納米尺度的高分辨率成像。它通過探針的強烈電磁場與樣品表面相互作用,提供了超高分辨率的成像和光譜分析功能。
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