Ближнепольный оптический микроскоп

Ближнепольный оптический микроскоп

Схема работы БОМ

250px Зонд

‎

Ближнепольный оптический миккроскоп (БОМ) или оптический микроскоп отличающийся присутствием в дальней зоне излучения идентифицируемых следов взаимодействия света с микрообъектом, находящимся в ближнем световом поле на расстоянии H намного меньшем длины волны λ <250нм и D (аппертура) также меньше λ <250нм.

Основные узлы (БОМ)

См.Схему БОМ:

• Микрообъектив, работающий в отраженном свете;
• Микрообъектив, работающий в проходящем свете;
• Пьезодвижитель для перемещения зонда с аппертурой D < λ и <250нм;
• Зонд;
• Лазер;
• Сканер с возможностью перемещения стола в системах координат:

Х-У-Z, Х, У;

Дифракционный предел в оптике

Основной характеристикой (БОМ) является 3D разрешение, зависящее главным образом от вида наблюдения образца, структуры его поверхности, микрогеометрии зонда. Функция импульсного отклика дифракционно-ограниченной оптической системы описывается распределением Эри. Полуширина же главного максимума распределения соответствует разрешению по Рэлею. При прохождении света через малую диафрагму из-за рассеяния и геометрических ограничений происходит искажение и расширение спектра переносимых пространственных частот, которое также описывается распределением Эри. В результате волновое поле непосредственно за диафрагмой содержит сколь угодно большие пространственные частоты. В реальной ситуации из-за конечной проницаемости металлического экрана (покрытия) минимальный эффективный радиус диафрагмы заостренного оптического металлизированного волокна определяется глубиной проникновения луча света лазера в металл или толщиной скин-слоя. С учетом этого предельное разрешение, например, для зонда с алюминиевым покрытием в видимом диапазоне спектра составляет 13нм, что соответствует лучшим экспериментальным результатам. В данной ситуации нет физических ограничений в области получения зонда. Так в безаппертурных БОМ-ах имеется возможность достичь разрешение в 1нм.

История создания микроскопа (БОМ)

Ближнепольный оптический микроскоп был изобретен вслед за сканирующим туннельным микроскопом сотрудником лаборатории IBM в Цюрихе Дитером Полем.

Создание туннельного микроскопа положило начало целой области исследований — сканирующей зондовой микроскопии.

Однако все методы построения сканирующих микроскопов подразумевали измерение какого либо неоптического параметра поверхности образца. Оптические же микроскопы были ограничены дифракционным пределом.

Если в качестве зонда вместо иглы взять миниатюрную диафрагму с отверстием в несколько нанометров. И в соответствии с законами квантовой механики, видимый свет (с длиной волны несколько сот нанометров) проникает в такое маленькое отверстие, но не далеко, а на расстояние, сопоставимое с размерами отверстия. Если в пределах этого расстояния, в так называемом «ближнем поле», поставить образец, отраженный от него свет даст видимый аналоговый сигнал. Перемещая диафрагму в непосредственной близости от образца, как в туннельном микроскопе, получим поточечное изображение поверхности.

Уникальность ближнепольной оптической микроскопии по сравнению с другими сканирующими методами состоит в том, что изображение строится непосредственно в диапазоне света исследуемого объекта. Однако разрешение многократно превышает разрешение традиционных оптических систем.

См. также

• Микроскопия
• Оптическая микроскопия
• Флюоресцентный наноскоп