近場掃描光學(xué)顯微鏡的原理和應(yīng)用
自從阿貝和瑞利時代起，人們就知道經(jīng)典光學(xué)顯微鏡的分辨率是受衍射限制的,，通過光學(xué)系統(tǒng)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(xiàn)在我們了解到,，由于物體所傳播的遠(yuǎn)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(xué)顯微鏡—近場掃描光學(xué)顯微鏡或掃描隧道光學(xué)顯微鏡已發(fā)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(nèi)這項技術(shù)沒有很大發(fā)展.直到1984年G. Massey等人發(fā)表了他們zui初的實驗結(jié)果,，把Ash和Nicholls的理淪護(hù)展到了可見光波段.然后，很多關(guān)于近場技術(shù)的報告紛紛發(fā)表,。例如,。Ficher用一個較大的孔來掃描低于波長大小的結(jié)構(gòu)，并給出了一系列有趣的實驗結(jié)果,，但這些結(jié)果由于種種原因難于解釋,。Massey把近場成像技術(shù)發(fā)展到遠(yuǎn)紅外波段,這一發(fā)展得到很多應(yīng)用。Poh等人研究了被他們稱做是“光學(xué)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(xué)顯微鏡（NSOM）系統(tǒng)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(jìn)一步完善了NSOM系統(tǒng),，并把它應(yīng)用于生物結(jié)構(gòu)及其他一些微小結(jié)構(gòu)樣品.
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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(qū)域.在近場區(qū)域（相對于孔平面）出射光被限制于孔的尺寸范圍內(nèi),，而與人射光的波長無關(guān).在遠(yuǎn)場，人射光發(fā)生明顯的衍射效應(yīng),，以致不能得到孔的幾何成像.應(yīng)用準(zhǔn)直現(xiàn)象,，可把待測樣品放莊孔的近場區(qū)域
內(nèi).在這種情況下孔相當(dāng)于一個光源，它的尺寸不再受幾何光學(xué)的限制,，保側(cè)從樣品透過的
或反射的光可產(chǎn)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(chǔ)上,，有人提出了反射近場光學(xué)顯微鏡的模型,。它討論了一個導(dǎo)光
的介質(zhì)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(cè)面照射樣品,，樣品表面外即產(chǎn)生一指數(shù)衰減的耗散場.當(dāng)導(dǎo)光的錐尖處于這一場區(qū)時,，它即刻把耗散場（evanescent field）的光傳導(dǎo)給光探測器.計算機對光電信號進(jìn)行數(shù)字化處理可得出三維成像.介質(zhì)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(zhì)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(yōu)于50 nm,，zui高可接近10nm不難理解,，介質(zhì)錐尖制作是關(guān)鍵技術(shù)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(zhì)錐尖與樣品表面間的距離必須足夠小,，否則達(dá)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(xué)掃描顯微鏡的實驗結(jié)果是令人鼓舞的,，其分辨率已達(dá)到了很高的水平,，盡管還還可進(jìn)一步開發(fā)，應(yīng)用范圍還可進(jìn)一步擴大,。
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