Microscopi òptic convencional i microscopi òptic de camp proper
El microscopi òptic de camp proper és una revolució respecte als microscopis òptics convencionals. No utilitza lents òptiques per a la imatge, però utilitza la punta de la sonda per escanejar per sobre de la superfície de la mostra per obtenir informació sobre la superfície de la mostra. Va analitzar l’essència física dels principis d’imatge entre microscopis òptics tradicionals i microscopis òptics de camp proper, així com les similituds i diferències en les estructures dels dos sistemes de microscopi. Va introduir el mètode de fabricació de sondes de fibra òptica. El focus es va centrar en els principis de detecció de camp propers, efectes de túnel òptic i propietats dels camps no radiatius.
Els microscopis òptics tradicionals són els membres més antics de la família del microscopi, amb una història de diversos centenars d’anys. Solia ser l’únic mitjà d’observar petites estructures. Els microscopis òptics tradicionals utilitzen principalment lents òptiques per magnificar o imatge objectes. En general, una lent única pot augmentar un objecte diverses desenes de vegades i utilitzar una combinació de lents gairebé pot augmentar -la fins a gairebé mil vegades. L’efecte de difracció de la llum limita la possibilitat de millorar encara més la resolució de microscopis òptics. Aquest és el límit de resolució de Rayleigh.
Visió general dels microscopis òptics tradicionals
Els microscopis òptics tradicionals estan compostos per lents òptiques. Utilitzant l’índex de refracció del material i la curvatura de la lent, l’objecte observat es magnifica per obtenir la seva informació detallada. Tanmateix, la ampliació d’un microscopi òptic no es pot augmentar arbitràriament, ja que està limitada pel límit de difracció òptica.
Quan R és la distància entre dos punts, λ és la longitud d’ona del feix, N és l’índex de refracció del medi, i θ és l’obertura mitja angular de la lent que recull i centra el feix al detector. Especifica la distància a la qual es poden distingir amb precisió dos punts, que es determina pels paràmetres del sistema d’imatge. La desigualtat anterior indica que per millorar la resolució (és a dir, reduir la distància R), només hi ha tres maneres: (1) triar longituds d’ona més curtes (si s’escullen les longituds d’ona més curtes (si la radiació electromagnètica UV, els raigs X o les bigues d’electrons, seran més efectives). (2) Millorar N, treballar amb materials amb índex de refracció elevat. Aquest és el principi de la microscòpia d’immersió, inventada per Amici al segle Mid -19. (3) Augmenteu l'angle d'obertura del microscopi. Els microscopis electrònics utilitzen bigues d’electrons en lloc de bigues de llum, millorant molt la resolució. Cal destacar que el criteri de Rayleigh es basa en l’assumpció de les ones de propagació. Si es poden detectar camps no radiatius, s'espera que eviti el criteri de Rayleigh i es trenqui completament a través de les limitacions de les barreres de difracció.
Principi del microscopi òptic de camp proper
Podem entendre el procés d’imatge de la manera següent: quan un fotó o electró emès per una font de llum es projecta en un objecte objectiu, és reflectit, capturat o rebut per algun detector (com ara els ulls o la càmera de l’observador). Degut al fet que la trajectòria i el nombre de partícules reflectides estan relacionats amb les propietats de l'objecte, els feixos de partícules porten informació sobre les característiques de l'objecte. Anomenem la projecció en un objectiu una "imatge". Físicament, els objectes i les imatges són extremadament diferents: els objectes són generalment tridimensionals; I sol ser una projecció bidimensional de quantitats físiques relacionada amb l'estructura de l'objecte, perquè el medi de gravació és bidimensional. Aquesta quantitat física sol ser intensitat de llum, ja que els detectors només són sensibles a la intensitat de la llum. Si substituïm l’objecte en si per un camp de llum relacionat amb l’objecte, podem estudiar la relació entre el camp d’objecte i el camp d’imatge, és a dir, la relació entre la intensitat del camp d’objecte i la seva intensitat en el pla de la imatge. Tanmateix, la primera pregunta que cal respondre és: Quina relació hi ha entre l’estructura d’un objecte i el seu camp de llum? En principi, les equacions de Maxwell proporcionen una manera d’estudiar aquest problema: els canvis de distribució del corrent d’electrons o la densitat de càrrega dins d’un objecte sota l’acció d’un camp electromagnètic extern; Les càrregues oscil·lants i els corrents poden provocar canvis en el camp electromagnètic, permetent -li propagar -se des de la superfície d’un objecte a l’espai extern. Segons el principi de continuïtat, sembla lògic inferir que la distribució de càrregues i corrents a la superfície d’un objecte es pot reconstruir a partir de la distribució de camp espacial extremadament propera a l’objecte. Degut al fet que la distribució de càrregues o corrents només canvia a distàncies extremadament petites (generalment inferior a la longitud d'ona), també suposem que el "camp espacial extremadament proper a l'objecte" només canvia a distàncies tan petites.
