ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ
БЛИЖНЕГО ПОЛЯ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ
НАНООБЪЕКТОВ
ОДНА ИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ВЗГЛЯНУТЬ НА
НЕВИДИМЫЙ МИР, НАНОСТРУКТУР И
НАНОЧАСТИЦ.
ПРЕЗЕНТАЦИЮ ПОДГОТОВИЛ СТУДЕНТ МГТУ ИМ БАУМАНА ЧЕРНОБРОВКИН Д.С., МОСКВА, 2016
КРИТЕРИЙ РЭЛЕЯ
Если мы наблюдаем два близких источника света, их размытые образы накладываются один на
другой. Рэлей как раз и показал, что если центральное световое пятно дифракционной картины
одного источника света удалено от центрального светового пятна другого источника света на
расстояние не менее радиуса первой темной дифракционной полосы, то мы начинаем
воспринимать два источника света раздельно: это расстояние называется линейным разрешением
оптического прибора. Если два источника света удалены друг от друга на расстояние d,
расстояние от них до нас равно D, длина световой волны равна λ, а диаметр окуляра равен А, то,
согласно критерию Рэлея, условием оптического разрешения двух источников в окуляре будет:
d/D > 1,22 λ/A
Иными словами, если точечные источники света разнесены на расстояние не меньше d,
наблюдатель, находясь на удалении D, сможет различить их в окуляре диаметром А как
раздельные, в противном случае они сольются
ИСТОРИЯ
•
Идея ближепольного микроскопа
была предложена еще в 1928
году Эдвартом Сингхом (E.H.
Syngh), она намного опередила
технические возможности своего
времени и осталась практически
не замеченной.
Ее первое подтверждение было получено Эшем (E.A.
Ash) в опытах с микроволнами в 1972 году. В начале
80-х годов группа исследователей из Цюрихской
лаборатории фирмы IBM во главе с Дитером Полем
(D.W. Pohl) проникла внутрь дифракционного предела
и продемонстрировала разрешение L/20 на приборе,
работающем в видимом оптическом диапазоне и
получившем название ближнепольного
сканирующего оптического микроскопа (БСОМ).
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
БПОМ
•
Certus NSOM – сканирующий зондовый
микроскоп (СЗМ), оснащенный
специализированными держателями зондов и
необходимым оптическим оборудованием для
проведения исследований с использованием
эффекта ближнего поля
•
Все ближнепольные микроскопы включают
несколько базовых элементов конструкции:
•
•
зонд;
•
•
регистрирующая система;
система перемещения зонда относительно
поверхности образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z)
координатам (система развертки);
оптическая система.
МИКРОСКОПИЯ БЛИЖНЕГО ПОЛЯ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АПЕРТУРЫ
• A - область ближнего поля (h << λ)
• B - область дальнего поля (h ≥ λ)
• C - лазерное излучение
• D - оптическое волокно
• E - металлическое покрытие F апертура (d << λ)
• G – образец
СИСТЕМА РАЗВЕРТКИ
• Независимо от конструкции оптический
зонд позволяет получить сигнал
исключительно в одной точке. Для
построения растровых изображений
необходима система перемещения зонда
относительно поверхности по 2-м (X-Y)
или 3-м (X-Y-Z) координатам (система
развертки).
• В качестве системы развертки
используют сканеры, аналогичные
сканерам туннельных и атомно-силовых
микроскопов. Т.е. сканеры на
пьезотрубках или плоско-параллельные
сканеры.
РЕГИСТРИРУЮЩАЯ СИСТЕМА
• A - зонд.
• B - оптическое волокно.
• C - электроды, которые используются для
измерения изменения напряжения возникающего
на сторонах кристалла кварца (прямой
пьезоэлектрический эффект) в результате
изменения частоты колебаний при
взаимодействии с поверхностью. Информация о
изменении напряжения позволяет определить
текущую частоту колебаний резонатора.
• D - кристалл кварца (пьезоэлектрик).
• E - пьезовибратор. Используется для создания
вынужденных колебаний резонатора (установка
начальной частоты колебаний резонатора).
ОПТИЧЕСКИЙ БЛОК
• Для возбуждения и детектирования
оптического сигнала используется
оптический блок, включающий в себя
источник лазерного излучения,
поляризаторы и детекторы сигнала
(лавинные фотодиоды, ФЭУ или ПЗС
матрицы). Конфигурация оптического
блока подбирается под задачу и бюджет
исследовательских лабораторий.
