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.
|
