近接場光学顕微鏡の原理
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).
近接場光学顕微鏡は、非放射場の検出とイメージングの原理に基づいて、通常の光学顕微鏡の回折限界を突破し、超高光学解像度でナノスケールの光学イメージングとナノスケールのスペクトル研究を行うことができます。
近接場光学顕微鏡は、プローブ、信号伝送装置、走査制御、信号処理、信号フィードバックシステムで構成されています。近接場生成および検出の原理：入射光は、表面に多数の微細構造を持つ物体を照射します。入射光場の作用により、これらの構造によって生成された反射波には、物体の表面に限定され遠くまで伝播するエバネッセント波が含まれます。伝播波。エバネッセント波は、物体内の微細構造（波長より小さい物体）に由来します。伝播波は、物体の大まかな構造（波長より大きい物体）に由来し、物体の微細構造に関する情報は含まれていません。非常に小さな散乱中心をナノ検出器（プローブなど）として使用し、物体の表面に十分近づけると、エバネッセント波が励起され、再び発光します。この励起光には、検出できないエバネッセント波と、遠くまで伝播して検出できる伝播波も含まれています。このプロセスにより、近接場検出が完了します。 エバネッセント場と伝搬場の変換は線形であり、伝搬場はエバネッセント場の変化を正確に反映します。散乱中心を使用して物体の表面をスキャンすると、2次元画像が得られます。相反性の原理に従って、照明光源とナノ検出器の役割が交換され、ナノ光源（エバネッセント場）を使用してサンプルを照明します。物体の微細構造が照明場に及ぼす散乱効果により、エバネッセント波は遠くから検出できる信号に変換されます。検出された伝搬波の結果はまったく同じです。
近接場光学顕微鏡は、プローブを使用してサンプル表面を点ごとにスキャンし、デジタル画像化する前に点ごとに記録します。図1は、近接場光学顕微鏡の画像化原理図である。図では、xyz大まかな近似法は、プローブとサンプル間の距離を数十ナノメートルの精度で調整できます。一方、xyスキャンとz制御は、プローブのスキャンとz方向のフィードバック追跡を1nmの精度で制御できます。図の入射レーザーは光ファイバーを介してプローブに導入され、入射光の偏光状態は要件に応じて変更できます。入射レーザーがサンプルを照射すると、検出器はサンプルによって変調された透過信号と反射信号を別々に収集し、光電子増倍管で増幅した後、アナログからデジタルに直接変換してコンピューターで収集するか、分光システムを介して分光計に入力してスペクトル情報を取得します。システム制御、データ収集、画像表示、データ処理はすべてコンピューターによって完了します。 上記の画像化プロセスから、近接場光学顕微鏡は、サンプルの表面形態、近接場光信号、スペクトル信号の 3 種類の情報を同時に収集できることがわかります。
