近场光学显微镜的背景简介

发布网友发布时间：2022-05-14 06:16

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热心网友时间：2023-10-08 17:47

传统光学显微镜(即远场光学显微镜)是显微镜家族中年代最久远的成员，它曾是观测微小结构的唯一手段。传统光学显微镜由光学透镜组成，利用折射率变化和透镜的曲率变化，将被观察的物体放大，来获得其细节信息。然而，光的衍射极限*了光学显微镜分辨力的进一步提高。由瑞利分辨力极限可知，光学显微镜的放大倍数是不能任意增大的。瑞利判据建立在传播波的假设下，如果能够探测携带物体细节信息的倏逝波，就能规避瑞利判据，突破衍射极限的*。
近场光学既是突破衍射极限的一种有效光学手段，它是随着科学技术向小尺寸和低维空间推进所出现的光学领域中的一个新型交叉学科，其研究对象是距离物体表面一个波长（几个纳米）以内的光学现象。近场光学显微术是一种新型超高分辨率显微成像技术，是探针技术与光学显微技术相结合的产物，是近场光学中的一个重要组成部分。
近场光学成像不同于经典光学，它所涉及的是一个波长范围内的光学理论和现象。所谓的“近场”区域内包含：（l）辐射场：是可向外传输的场成分；（2)非辐射场：是被*在样品表面并且在远处迅速衰减的场成分。由于近场波体现了光在传播时遇到空间光学性质不连续情况下的瞬态变化，所以可以通过探测样品的倏逝波来探测样品的亚波长结构和光学信息。近年来，近场光学显微术在理论和实践上都已取得了突破性的发展。
由于光子具有一些特殊的性质，如没有质量、电中性、波长比较长(与电子相比较)、容易改变偏振特性、可以在空气及许多介电材料中传播等等，近场光学在纳米尺度观察上起到其他扫描隧道显微镜、原子力显微镜所不能取代的作用，引发了近场光学显微镜在纳米尺度光学成像、纳米尺度光学微加工与光刻、超高密度信息存储、以及生物样品的原位与动态观察等一系列研究。在这个领域中，另一个新的发展是近场光学技术与近场光谱及时间分辨的结合。人们不但能够分辨单一的分子，并且能得到单一分子发出的荧光光谱及与时间分辨(10 - 15s)相结合的介观体系信息。同时，也提出了近场条件下分辨率、衬度、偏振及光的传播特性的新的理论问题。