Ближнепольная оптическая микроскопия

Первый ближнепольный оптический микроскоп (SNOM - Scanning Near

Field Optical Microscop) был построен Д. Полем в 1982 г. в лабораториях фирмы

IBM. В дальнейшем образовалось целое семейство сканирующих оптических

микроскопов (рис. 4.25), использующих оптические волноводы и диафрагмы с

поперечными размерами R, много меньшими длины волны падающего на них

света А,. Это позволяет преодолеть дифракционный предел разрешения ~ 200 нм,

присущий обычной оптической микроскопии (см. разд. 3.2), и достигать

разрешения ~ 10 нм, а в некоторых случаях и выше.

Принцип действия SNOM заключается в использовании не распростра-

няющихся за пределы диафрагмы мод электромагнитной волны, локализован-

ных в области z ≫ R, т.е. свет почти не испускается такой диафрагмой, а лишь

слегка "вываливается" из нее. Однако при взаимодействии с близко располо-

женным объектом часть энергии электромагнитного поля ближней зоны преоб-

разуется в обычные распространяющиеся моды, что может быть зарегистриро-

вано чувствительным фотоприемником.

Зондом в SNOM обычно служит специальное оптическое волокно с коэф-

фициентом преломления в центре большим, чем на периферии. Это приводит к

полному внутреннему отражению и позволяет практически без потерь переда-

вать электромагнитное излучение от источника света к образцу или фотоприем-

нику. Необходимое сужение на кончике зонда с характерными размерами в не-

сколько десятков нанометров выполняют методами химического травления или

вытяжки исходного оптоволокна.

Как следует из названия этого вида микроскопии, зонд необходимо прибли-

зить к образцу и удерживать во время сканирования на расстоянии, значительно

меньшем длины световой волны, т.е. порядка единиц - десятков нанометров.

Обычно это достигается методами АРМ или родственными приемами, исполь-

зующими возникновение нормальных или латеральных сил между иглой и ис-

следуемой поверхностью, а также включением цепей обратной связи, с помо-

щью которых отслеживается микрорельеф поверхности при сканировании.

Несмотря на относительно невысокое достигнутое разрешение, ближне-

польную микроскопию часто применяют в исследованиях полимеров, биологи-

ческих материалов, тканей, организмов, поскольку она практически не травми-

рует изучаемый объект. Повышению разрешения путем уменьшения диаметра

выходного окна в световолокне препятствует еще более быстрое уменьшение

полезного сигнала. Помимо собственно микроскопии ближнепольные конфигу-

рации используют в оптической нанолитографии, локальной лазерной отража-

тельной и люминесцентной спектроскопии поверхности и др.