75377

ПРИНЦИПЫ ОПТИЧЕСКОЙ БЛИЖНЕПОЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Соотношение неопределенностей Неопределенность координаты фотона не может быть меньше чем длина волны. Если декремент затухания сделать большим то после подстановки в 1 получается следующий результат: неопределенность координаты намного меньше длины волны.

Русский

2015-01-12

185 KB

0 чел.

ПРИНЦИПЫ ОПТИЧЕСКОЙ БЛИЖНЕПОЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ

Дифракционный предел разрешения оптических систем, критерий Рэлея и ближнее поле

- неопределенность положения источника

- неопределенность проекции импульса фотона на ось х

Если фотон рассеян в угол /2, .

Соотношение неопределенностей:

                                     (1)

Неопределенность координаты фотона не может быть меньше, чем длина волны.

Критерий Рэлея:  

        x                                                                                                            Экран

  s                                      z

Точечные

объекты

                                                                                          Изображения

                                                Линза                                  объектов                     

Минимальное расстояние между точечными источниками s, при котором их изображения еще можно разделить, называется разрешением по плоскости (lateral resolution)

Пусть в направлении оси z оптическая волна затухает. Тогда - мнимая величина и . Если декремент затухания сделать большим, то после подстановки в (1) получается следующий результат: неопределенность координаты намного меньше длины волны. Для преодоления дифракционного предела разрешения по плоскости необходимо использовать быстро затухающую оптическую волну.

Для этого расстояние от источника света до объекта должно быть намного меньше длины волны, т.е. объект должен быть расположен в области ближнего поля

Волоконно-оптический ближнепольный зонд

1 – заостренное оптическое волокно, 2 – металлическое покрытие, 3 – оптическое излучение, 4 – диафрагма, 5 – поверхность образца, 6 – расстояние между исследуемой поверхностью и диафрагмой

Для регистрации рельефа используется зависимость мощности отраженного или проходящего света от расстояния между зондом и поверхностью h.

Разрешающая способность микроскопа определяется диаметром диафрагмы d. Достигнуто разрешение до 12 нм.

Способы изготовления зондов:

  1.  Механическое вытягивание при контролируемом локальном нагреве.

1 – волокно, 2 – высокоскоростная телекамера, 3 – сферическое зеркало, 4 – осветительная система, 5, 6 – направления растяжения волокна

Зеркало 3 фокусирует излучение СО2-лазера (20 Вт).

  1.  Химическое травление. Волокно опускают в сосуд, содержащий две несмешивающиеся жидкости: верхняя – нейтральная, нижняя - смесь на основе HF.

Изображение зонда оптического ближнепольного микроскопа,

полученное с помощью растрового электронного микроскопа

БЛОК-СХЕМА БЛИЖНЕПОЛЬНОГО МИКРОСКОПА

Технические проблемы ближнепольной микроскопии:

  1.  Повышение энергетической эффективности зонда.
  2.  Подвод и удержание зонда вблизи поверхности образца, контроль расстояния h между острием зонда и образцом.

Области применения:

  1.  Регистрация рельефа поверхности с высоким разрешением.
  2.  Локальная спектроскопия.
  3.  Локальная модификация поверхности (фотолитография, сверхплотная запись информации).