在衍射極限的光學(xué)顯微鏡的一個(gè)基本原則要求的空間分辨率的圖像的入射光的波長，并通過聚光鏡和物鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑是有限的。發(fā)展近場掃描光學(xué)顯微鏡（NSOM），也經(jīng)常被稱為掃描近場光學(xué)顯微鏡（SNOM），一直需要一種成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空間的同時(shí)，保留了光學(xué)顯微鏡的方法所帶來的各種對比機(jī)制驅(qū)動(dòng)*越了經(jīng)典的光學(xué)衍射極限的分辨率。

掃描近場光學(xué)顯微鏡分類之間更廣泛的器樂組統(tǒng)稱為掃描探針顯微鏡（SPMS）。所有的SPM欠他們的存在，掃描隧道顯微鏡（STM），這是由IBM研究科學(xué)家格爾德Binnig和海因里希羅勒的發(fā)明，在20世紀(jì)80年代初的發(fā)展。

傳統(tǒng)的光學(xué)成像的方法（200至300納米的可見光）的理論分辨率極限是激勵(lì)*近的更高分辨率的掃描探針技術(shù)，如STM和原子力顯微鏡（AFM）的發(fā)展的首要因素，以前，透射型電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）。這些和相關(guān)的技術(shù)已啟動(dòng)，顯著提高的分辨率，甚至到了可視化的單個(gè)原子的水平。然而，近場掃描光學(xué)方法的發(fā)展之前，優(yōu)異的分辨能力所遇到的各種各樣的對比度增強(qiáng)機(jī)制的光學(xué)顯微鏡可在犧牲。此外，對于大多數(shù)高分辨方法極端的試樣的制備要求限制了它們的應(yīng)用在許多領(lǐng)域的研究，特別是在生物調(diào)查涉及動(dòng)態(tài)或在體外測量。近場掃描光學(xué)顯微鏡的方法，結(jié)合了非常高的地形分辨率具有顯著的時(shí)間分辨率，偏振特性，光譜能力，靈敏度，和靈活性所固有的許多形式的光學(xué)顯微鏡技術(shù)如原子力顯微鏡。

一個(gè)對象，如顯微鏡標(biāo)本，結(jié)果產(chǎn)生的近場和遠(yuǎn)場光分量的光的相互作用。遠(yuǎn)場光通過空間傳播在非限制的方式，是用于傳統(tǒng)的顯微鏡中的“正?！钡墓?。近場（或瞬逝）的光由一個(gè)非傳播的對象的距離小于一個(gè)單一波長的光的表面附近存在的字段。在近場光進(jìn)行更多的高頻信息，并有其*大的振幅在全區(qū)范圍內(nèi)對樣品表面的*幾十納米。由于近場光，呈指數(shù)衰減小于光的波長的距離內(nèi)，它通常在不知不覺中。實(shí)際上，作為光從表面到遠(yuǎn)場區(qū)域向外傳播，頻率*高的空間信息過濾掉，并征收眾所周知的基于衍射的阿貝極限分辨率。通過檢測和利用近場光進(jìn)行衍射之前，的NSOM使整個(gè)色域的遠(yuǎn)場光學(xué)對比度更高的空間分辨率的增強(qiáng)機(jī)制。除了 非衍射極限的高分辨率光學(xué)成像，近場光學(xué)技術(shù)可應(yīng)用于化學(xué)和結(jié)構(gòu)特性，通過光譜分析在下方100納米的決議。

*近期的商業(yè)近場光學(xué)儀器結(jié)合的AFM掃描技術(shù)與傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的光學(xué)檢測能力。整體的近場光學(xué)設(shè)計(jì)可以顯著不同，這取決于特定的研究項(xiàng)目的要求。其中*常見的配置是把成倒置熒光顯微鏡的近場光學(xué)。根據(jù)近場光學(xué)顯微鏡在傳統(tǒng)的光學(xué)儀器，許多熟悉的光學(xué)顯微鏡的成像模式，結(jié)合近場高分辨率能力。在近場光學(xué)顯微鏡的光信息，可以生成地形或從樣品中相同的方式作為原子力顯微鏡的力數(shù)據(jù)。的兩個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)集（光學(xué)和地形），然后可以比較，以確定的物理結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性和光學(xué)對比度。近場光學(xué)技術(shù)的真正威力，盡可在這個(gè)**的能力，結(jié)合地形設(shè)置在分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于專注光的衍射限制下的相應(yīng)的光學(xué)數(shù)據(jù)的各種數(shù)據(jù)。

圖1中顯示的是圍繞一個(gè)現(xiàn)代的倒置光學(xué)顯微鏡的近場掃描儀器，其被配置。這樣的安排允許方便的近場光學(xué)頭，將探針與它的定位機(jī)構(gòu)，將被安裝于樣品載物臺的位置，與位于下方的載物臺物鏡。在圖中所示的系統(tǒng)包括一個(gè)外部的激光來提供照明，光電倍增管檢測器的光信號的集合，以及計(jì)算機(jī)和電子控制試樣和探頭的定位和圖像采集單元，用于管理。

雖然掃描探針顯微鏡系列包括浩大的專業(yè)化和高度多樣化的工具，他們共同經(jīng)營的動(dòng)機(jī)是就業(yè)的本地探頭密切的互動(dòng)與試樣。一個(gè)典型的SPM局部探頭配有納米尺寸的**，其前端與標(biāo)本之間的相互作用可以被檢測和記錄，可通過多種機(jī)制。SPM的每個(gè)不同類型的特定屬性，其特征在于本地探頭與試樣表面的相互作用的性質(zhì)。

典型的近場光學(xué)成像方法的一種表示在圖2中被保持在試樣表面的近場中的孔具有直徑小于光的波長的照明探針。因?yàn)榻咏驑?biāo)本和探針（分離小于波長）之間的接觸是一個(gè)普遍的要求非衍射極限分辨率，所有的SPM絕大多數(shù)需要一個(gè)反饋系統(tǒng)，精確控制的探針和樣品的物理分離。此外，一個(gè)xyz的掃描器（通常是壓電體）用于控制在試樣探針的運(yùn)動(dòng)。所示的近場光學(xué)配置，以傳統(tǒng)的方式，在圖2中的位置的遠(yuǎn)場中的物鏡的圖像形成的光信號的收集。

根據(jù)不同的特定儀器的設(shè)計(jì)，可以附加的xyz掃描儀在試樣或本地探頭。如果掃描儀和試樣耦合，則試樣移動(dòng)?xùn)鸥駡D案下的固定的探針針尖的前端試樣相互作用產(chǎn)生的信號以生成圖像。成像區(qū)域的大小只依賴于掃描儀可以產(chǎn)生的*大位移。一種計(jì)算機(jī)同時(shí)評估探針位置，將得到的反饋系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，并控制掃描的前端（或樣品）的前端和試樣表面的分離。作為檢測探針和試樣之間的相互作用的結(jié)果所產(chǎn)生的信息收集和記錄由計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)的光柵運(yùn)動(dòng)期間。然后，計(jì)算機(jī)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成兩維數(shù)據(jù)集（線）。

二維數(shù)據(jù)集收集的近場光學(xué)儀器，其后編譯，并在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示為一個(gè)三維的重建。用掃描探針顯微鏡測量的功能的典型的規(guī)模范圍從原子水平上（小于1納米）到大于100微米。掃描探針顯微鏡系列包括基于磁力方式，電力，電化學(xué)相互作用，機(jī)械相互作用，電容，離子電導(dǎo)，霍爾系數(shù)，熱性能，光學(xué)性能（例如近場光學(xué)顯微鏡）。近場光學(xué)圖像通常是通過掃描在試樣在一個(gè)二維的柵格圖案的亞波長孔徑和收集所發(fā)射的輻射的光的遠(yuǎn)場，點(diǎn)按點(diǎn)生成。

以前開發(fā)的高解析度的技術(shù)，如掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡，掃描隧道顯微鏡，原子力顯微鏡，沒有可使用的各種各樣的光學(xué)顯微鏡可對比機(jī)制，并在大多數(shù)情況下，不限于僅試樣表面的研究。除了從可用的對比度增強(qiáng)技術(shù)染色，熒光偏振，相位相反，和微分干涉對比，光學(xué)方法具有固有的光譜和時(shí)間分辨能力。

高分辨率的電子顯微技術(shù)所提供的成本實(shí)現(xiàn)在較大的局限性上可接受的試樣類型和樣品制備的要求，其中包括真空兼容性要求，透射電鏡*薄切片的制備，一般增加，導(dǎo)電涂層的應(yīng)用對于非導(dǎo)電試樣（STM也有此要求）。對于生物材料，試樣的制備要求特別高，完全脫水前一般需要進(jìn)行切片或涂層。雖然原子力顯微鏡不受許多這些試樣制備的考慮，并且可以被應(yīng)用到附近的環(huán)境條件下在原子水平上研究標(biāo)本的方法，該方法不容易提供從試樣的光譜信息。另外一個(gè)限制是，原子力顯微鏡是不能充分利用廣泛的記者染料熒光顯微鏡。

近場光學(xué)方法是特別有用的納米技術(shù)專家（物理學(xué)家，材料科學(xué)家，化學(xué)家和生物學(xué)家）誰需要從他們不同的學(xué)科中遇到的材料廣泛的*高分辨率空間信息。雖然新的近場儀器技術(shù)正在開發(fā)的三維圖像卷集，近場光學(xué)顯微鏡通常被限制的標(biāo)本，可以由當(dāng)?shù)氐奶筋^，它是物理上連接到一個(gè)宏觀的掃描頭。

在圖3中示出的控制和信息流的一個(gè)倒置的光學(xué)顯微鏡為基礎(chǔ)的近場光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。激光激發(fā)源被耦合到一個(gè)光纖探頭的標(biāo)本照明，與探頭端部的運(yùn)動(dòng)集中的前端裝有第二激光通過光學(xué)的反饋回路被監(jiān)視。通過額外的電子設(shè)備和系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制的探針，平移階段運(yùn)動(dòng)，采集和顯示的光學(xué)和地形（或其他力）圖像的運(yùn)動(dòng)。

近場光學(xué)顯微鏡的歷史

愛德華·辛格，開始于1928年，發(fā)表了一系列的文章，首先概念化的想法，*高分辨率光學(xué)顯微鏡。辛格的建議了一個(gè)新的不同的光學(xué)顯微鏡，將繞過的衍射極限，但需要制造一個(gè)10納米的孔徑（遠(yuǎn)小于光的波長）在一個(gè)不透明的屏幕。將研磨甲染色和嵌入的試樣光學(xué)平面，并在接近光圈掃描。在掃描的同時(shí)，將密閉的光照射一側(cè)的屏幕和通過孔的孔徑的尺寸，可以用來照亮前樣品進(jìn)行衍射。只要試樣保持以內(nèi)的距離小于開口直徑的，可產(chǎn)生的圖像，其分辨率為10納米。此外，辛格準(zhǔn)確地概括了一些技術(shù)上的困難，建設(shè)一個(gè)近場顯微鏡將提出。包括在這些分鐘孔徑的制造，實(shí)現(xiàn)了足夠強(qiáng)的光源，在納米尺度的試樣定位，并保持試樣中的孔靠近的挑戰(zhàn)。這項(xiàng)提案，但有遠(yuǎn)見的和簡單的概念，遠(yuǎn)遠(yuǎn)*出了技術(shù)能力的時(shí)間。

辛格的建議的可行性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證必須等待，直到1972年，當(dāng)EA火山灰和G. Nicholls的顯示分辨率近場掃描顯微鏡工作在微波波段的電磁波譜（圖4中示出）的副波長光圈。利用微波爐，用波長為3厘米，通過一個(gè)探針形成的孔徑為1.5毫米，具有周期性的線要素的金屬光柵掃描探頭。無論是0.5毫米的光柵線和0.5毫米的間隙很容易解析，證明具有約一60（0.017）期間的成像波長的子波長分辨率。

辛格的概念擴(kuò)展到在可見光譜中波長較短呈現(xiàn)顯著更大的技術(shù)挑戰(zhàn)，（孔徑制造和定位的），這都沒有克服，直到1984年時(shí)，IBM公司的蘇黎世實(shí)驗(yàn)室一個(gè)研究組報(bào)道的光學(xué)測量subdiffraction分辨率級別。在康奈爾大學(xué)一個(gè)獨(dú)立的工作組采取略有不同的方法來克服的技術(shù)障礙近場成像，在可見光波段，兩組的業(yè)績開始發(fā)展，導(dǎo)致了目前的近場光學(xué)儀器。IBM的研究人員采用的金屬涂層的石英晶體探頭光圈在**制造，并指定技術(shù)，掃描近場光學(xué)顯微鏡（SNOM）。康奈集團(tuán)使用電子束光刻創(chuàng)建孔徑小于50納米硅和金屬。IBM的團(tuán)隊(duì)能要求*高的光學(xué)分辨率（日）25納米或488納米的輻射波長的二十分之一，利用試樣組成的細(xì)金屬線光柵。

雖然在可見光波長實(shí)現(xiàn)非衍射極限的成像展示了近場孔徑掃描方法的技術(shù)可行性，但直到1992年以后，近場光學(xué)顯微鏡開始演變?yōu)橐粋€(gè)科學(xué)的有用工具。這種提前實(shí)用可主要?dú)w因剪切力反饋系統(tǒng)的發(fā)展和就業(yè)，這兩個(gè)被改編為近場技術(shù)由Eric Betzig工作時(shí)的單模光纖作為近場光學(xué)顯微鏡探針AT＆T貝爾實(shí)驗(yàn)室。

近場光學(xué)儀器

的孔掃描近場光學(xué)儀器，在近場中的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的定量可以評估由高斯分布，其強(qiáng)度值的1 / e的近場光學(xué)顯微鏡探針的**處的半徑的孔的相同的順序。主要是瞬逝（平行于試樣表面）時(shí)的照明源的半徑小于三分之一的成像光的波長的光的傳播模式。為了實(shí)現(xiàn)大于衍射極限（常規(guī)光學(xué)顯微鏡的分辨率極限）的光學(xué)拆分中，探針針尖必須使這個(gè)近場區(qū)域內(nèi)。近場光學(xué)顯微鏡，探針和樣品表面之間的分離距離通常為幾納米的量級。源附近的輻射的近場區(qū)域內(nèi)高度準(zhǔn)直的，但幾個(gè)波長的傳播距離從檢體后，輻射經(jīng)歷顯著的衍射，并進(jìn)入遠(yuǎn)場制度。

有兩個(gè)根本的差異之間的近場和遠(yuǎn)場光學(xué)顯微術(shù)（常規(guī)）：試樣被照亮的區(qū)域的大小，與輻射源和試樣之間的間隔距離。在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場光學(xué)顯微鏡中，光源與試樣之間的距離通常是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入射光的波長，而在近場光學(xué)顯微鏡中，該技術(shù)的一個(gè)必要條件是，照明源更接近試樣比照射輻射的波長。

XYZ掃描

所有掃描探針顯微技術(shù)在心臟掃描系統(tǒng)。它的設(shè)計(jì)和功能，掃描分辨率達(dá)到的主要決定因素。掃描儀必須具有低噪聲（小倉位波動(dòng)）和精密定位能力（通常小于1納米）。探頭定位的精度要求，通常需要整個(gè)隔振表儀器上休息，或暫停通過其他一些手段，來消除從建設(shè)到儀器的機(jī)械振動(dòng)傳遞。低噪聲的電子和高電壓的放大器，具有大的動(dòng)態(tài)范圍是必要的驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器的探針和試樣定位系統(tǒng)。壓電體通常需要電源提供0到+150或-150至+150伏全方位位移。

對于大多數(shù)近場光學(xué)的應(yīng)用程序，它是既要保持恒定的反饋探頭在上述被成像在試樣表面。探頭的精確控制是必要的，因?yàn)樗仨毐３衷讵M窄的近場區(qū)域中，但防止從實(shí)際的表面接觸。探頭和被檢體之間保持恒定的間隙*好地滿足嚴(yán)格的要求，通過采用一個(gè)實(shí)時(shí)的反饋控制系統(tǒng)。這種類型的位置控制的優(yōu)點(diǎn)是多方面的。也許*重要的考慮是到探頭端部或檢體，如果這兩個(gè)接觸到，這很可能損壞。此外，它有可能為積累的前端被掃描，如果接觸是在試樣表面的碎屑。盡管不太可能，該工件可以發(fā)生，即使在反饋控制下的前端，特別是，如果不正確地選擇反饋設(shè)置點(diǎn)。

具有反饋控制的操作探頭掃描系統(tǒng)的另一個(gè)好處是取得精確的光信號電平，消除了戲劇性的變化引起的指數(shù)上的針尖對樣品分離這些信號的依賴。的指數(shù)變化的信號電平不斷變化的探針與試樣分離可產(chǎn)生偽影圖像中的不準(zhǔn)確地表示有關(guān)標(biāo)本的光學(xué)信息。的近場技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵要求是，探頭端部必須被定位并持有在幾納米的表面，以獲得高分辨率和無偽像的光學(xué)圖像，這是不容易實(shí)現(xiàn)的，而不利用某種形式的反饋機(jī)制。

已經(jīng)采用幾種不同的技術(shù)來監(jiān)測探頭端部的z位置，它的瞬時(shí)分離從樣品表面。這些方法包括：

• **振幅的干涉測量法，使用一個(gè)雙光束干涉儀或光纖干涉儀。

• 電子隧穿（有限導(dǎo)電標(biāo)本）。

• 檢測發(fā)射的光通過的前端（無論是在傳輸或收集模式）和光子隧道。

• 恒定的力（原子力反饋）是*常見的方法，并且還可以進(jìn)一步細(xì)分為：

1. 一個(gè)單獨(dú)的光源**的衍射。

2. 機(jī)械傳感器連接到的前端（例如，石英音叉）。

• 電容檢測。

到今天為止，兩個(gè)*常用的**定位機(jī)制已被監(jiān)視的前端振動(dòng)振幅（通常干涉），和非光學(xué)音叉技術(shù)的光學(xué)方法。這兩種版本的剪切力反饋方法，并在下面的一節(jié)中更詳細(xì)地描述。

振動(dòng)反饋的方法

為了提高反饋信號的信號噪聲比，近場光學(xué)頭，幾乎總是在探頭的共振頻率振動(dòng)。這允許鎖定檢測技術(shù)（基本上設(shè)置在參考振蕩頻率的中心頻率的帶通濾波器）的情況下予以確認(rèn)，從而消除了與低頻噪聲和漂移的位置檢測的問題。振蕩小費(fèi)接近試樣的前端和試樣之間的力受潮的前端振蕩的振幅。

機(jī)械振蕩器（或電）質(zhì)量的度量，給出了一個(gè)無量綱參數(shù)，稱為品質(zhì)因數(shù)，Q因子，或干脆Q。的品質(zhì)因數(shù)被定義為振蕩器的諧振頻率除以它的共振寬度。它通常是有利于*大限度地提高探頭振蕩的 Q值 ，以實(shí)現(xiàn)更高的穩(wěn)定性和更敏感的前端高度調(diào)節(jié)。振蕩探針的 Q值降低 ，較低的信號噪聲比，這導(dǎo)致相對較低的質(zhì)量而得到的地形信息，從振蕩的反饋機(jī)制。從歷史上看，字母Q已被用來表示電阻電路元件的電抗比。振蕩器的特性方面，術(shù)語“品質(zhì)因數(shù)”被引入后的符號Q是任意選擇的。

通常情況下，這兩個(gè)共振峰值和Q -因子的發(fā)現(xiàn)改變探頭**的方法后，試樣表面。可以監(jiān)視通過幾種不同的技術(shù)，這些信息通常可歸類于兩組的前端振蕩的幅度和頻率。的剪切力模式采用橫向擺動(dòng)的前端和試樣（平行于表面）在成像過程中控制的前端試樣的間隙之間產(chǎn)生的剪切力。與此相反，輕敲模式依賴于原子力過程中發(fā)生的前端垂直于試樣表面的振蕩（原子力顯微鏡），以產(chǎn)生**控制的反饋信號。每個(gè)振蕩模式具有一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

剪切力反饋

的剪切力反饋方法橫向抖動(dòng)的機(jī)械共振頻率，在接近試樣表面的探針針尖。的抖動(dòng)幅度通常是保持低（小于10納米），以防止產(chǎn)生不利影響的光學(xué)分辨率。為了獲得*佳的圖像質(zhì)量，剪切力反饋技術(shù)通常限制使用的標(biāo)本，具有相對較低的表面起伏，并需要較長的掃描時(shí)間相比輕敲模式中的操作。然而，在剪切力反饋技術(shù)通常采用直探頭容易制作，擁有更低的成本，每個(gè)探頭比彎探針。

對于光吞吐量，直探頭具有決定的優(yōu)勢彎探針，參展的傳播強(qiáng)度低得多的損失。然而，剪切力成像用直探頭，通常是非常困難的，以在液體介質(zhì)中進(jìn)行，因?yàn)楦郊拥牧黧w的粘性阻尼引起的探針的振幅急劇減少。在典型的操作中，振蕩探頭接近試樣表面，振幅，相位，頻率的振蕩每一個(gè)變化，由于耗散和絕熱力出席探頭的**。探頭振蕩阻尼由于尖標(biāo)本互動(dòng)非線性增加隨著尖標(biāo)本分離。

負(fù)責(zé)標(biāo)本的方法在近場探頭**振蕩阻尼的剪切力的性質(zhì)，是許多研究興趣的主題。一組偵查員使用電子隧穿電流測量值之間的金屬NSOM探針和樣品，在剪切力反饋模式，總結(jié)探測實(shí)際接觸的表面進(jìn)近過程中的振蕩周期。隧穿電流的測量，如針尖接近標(biāo)本，表明針尖接觸試樣*初作為探針進(jìn)入反饋和繼續(xù)輕輕觸摸表面，每一次振蕩周期。從這些信息中，很顯然，*有利的方法是使反饋的設(shè)定點(diǎn)盡可能高，以降低探頭和被檢體之間的物理相互作用（例如，約99.9％的原來的無阻尼信號）。在實(shí)踐中，反饋的上限設(shè)定點(diǎn)確定的反饋信號的信號 - 噪聲比。

監(jiān)控的前端振動(dòng)振幅的光反饋的方法是*常用的早期發(fā)育過程中的剪切力技術(shù)在近場光學(xué)顯微鏡的輕敲模式中也可以應(yīng)用。在這種方法中，無論是直的或彎曲的探頭類型，緊密聚焦的激光NSOM探針的端部盡可能接近。隨著直探頭變異，當(dāng)激光照射下，影子投由探頭到分割光電二極管。在彎曲探針法的情況下，激光被反射，從探頭的頂表面分割光電二極管（類似的原子力顯微鏡中的光反饋技術(shù)）。探頭的與建立激光反饋，然后在任一輕敲模式或剪切力模式振動(dòng)，在一個(gè)已知的頻率下，利用抖動(dòng)壓電（參見圖7）。分割光電二極管收集的激光，并從檢測器的每一側(cè)的信號之間的差異來確定。使用鎖定放大器選擇的信號，即是在相同的頻率作為抖動(dòng)壓電驅(qū)動(dòng)信號的部分，可以通過以下方式獲得較高的信號-噪聲比。

與此不同的反饋機(jī)制的主要問題在于，光源（例如，激光），這是用于檢測的前端振動(dòng)頻率，相位和振幅，成為雜散光子可干擾的潛在來源近場光學(xué)信號的檢測。處理這種有效的背景信號增加的機(jī)制之一是提供一個(gè)反饋光源具有不同的波長比近場源（通常較長）。此方案需要額外的過濾選擇性地阻擋在反饋系統(tǒng)中不需要的光子檢測器的前面。在大多數(shù)情況下，所添加的過濾器也阻止近場光子的一小部分，導(dǎo)致信號電平降低。甲非光學(xué)的反饋方法是不受這種性質(zhì)的問題，是一個(gè)主要的原因，如音叉技術(shù)（如下所述）的方法已成為越來越受歡迎。

壓電石英音叉首次被引入用于掃描探針顯微鏡，掃描近場聲顯微鏡。后來，音叉被納入NSOM作為廉價(jià)和簡單的，非光激發(fā)和檢測設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能。石英晶體具有這樣的性質(zhì)，當(dāng)置于壓力下時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)電場，相反，當(dāng)施加電場時(shí)的尺寸變化。這個(gè)屬性被稱為壓電晶體組成的分子，缺乏對稱中心和飛機(jī)時(shí)發(fā)生。石英晶體適合于使用在精密振蕩器（數(shù)字時(shí)鐘）和高度選擇性的濾波器是成批生產(chǎn)的，在巨大的數(shù)量，使它們相對便宜的。當(dāng)石英音叉用于調(diào)節(jié)在反饋回路中，非常高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，Q（高達(dá)約10000），和相應(yīng)的高增益，為系統(tǒng)提供了高靈敏度小的力，通常的順序的piconewton。

用于剪切力前端反饋音叉型方法的基本結(jié)構(gòu)與由一個(gè)石英晶體，這是在音叉的共振頻率振動(dòng)的音叉連接到一個(gè)臂的單模光纖。音叉的等效電路是一個(gè)RLC串聯(lián)諧振器與包裝電容并聯(lián)。*常見的音叉的共振頻率為32768赫茲（赫茲），但這些設(shè)備是可用的共振范圍從10千赫至幾十兆赫。

的單模光纖，路由到的近場光學(xué)頭，物理地連接，這反過來又可以驅(qū)動(dòng)內(nèi)部（電）或由外部叉剛性連接抖動(dòng)壓電晶體音叉。音叉振蕩的模式取決于激勵(lì)手段。如果前叉（直通）電驅(qū)動(dòng)，臂在相反的方向上振動(dòng)，而外部的機(jī)械激勵(lì)產(chǎn)生振蕩，其中兩個(gè)音叉臂在同一方向移動(dòng)。圖5給出的示意性配置用附屬的纖維的剪切力檢測的石英音叉。獲取在叉上的電極的壓電電勢，然后擴(kuò)增約100（使用一個(gè)儀表放大器）增益，以產(chǎn)生一個(gè)信號的量級為幾十毫伏。然后，該信號被饋送到一個(gè)鎖相放大器和參考振蕩音叉的驅(qū)動(dòng)信號。的輸出由鎖相放大器（振幅，相位，或如x或y的信號的振幅和相位的組合），然后比較用戶指定的控制回路中的參考信號的反饋，在需要維持探頭標(biāo)本。

如圖6中所示，例如，所產(chǎn)生的與附近場光學(xué)纖維32.7千赫音叉的共振曲線。叉響應(yīng)測量席卷從31千赫至33千赫的頻率和同時(shí)測量的信號的幅度和相位。纖維附著后的諧振頻率的變化和從約20,000至小于1000 的Q值因子的諧振下降。Q被定義為：

相關(guān)（r）是頻率的*大振幅和ΔF的共振峰的寬度，上面的點(diǎn)的振幅相當(dāng)于除以2的平方根（稱為根均方）的峰值幅度，或約70.7％的峰值幅度。

已導(dǎo)致其在光學(xué)技術(shù)**調(diào)控有利于增加音叉方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。由于檢測光的前端運(yùn)動(dòng)，有沒有額外的雜散光被引入的開口附近的近場光學(xué)顯微鏡的信號檢測，可能會(huì)干擾的風(fēng)險(xiǎn)。此外，音叉系統(tǒng)并不需要繁瑣的對應(yīng)程序的一個(gè)單獨(dú)的外部激光源，和相關(guān)聯(lián)的聚焦光學(xué)元件。由于緊湊性和相對的易用性，音叉方法本身需要遠(yuǎn)程操作的應(yīng)用程序中，如那些在真空系統(tǒng)或環(huán)境控制腔采用。

輕敲模式反饋

輕敲模式反饋是另一種流行的方法為針尖對標(biāo)本遠(yuǎn)程控制，并使用幾種不同類型的探頭來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)有用的設(shè)計(jì)包括一個(gè)修改后的AFM懸臂和透明的前端，通常由氮化硅制成，并涂有金屬的探頭端部的底部（近場探頭在隨附的一節(jié)討論和說明）。輕敲模式下的方法*常用的探針是具有接近90度的彎曲的前端孔徑接近傳統(tǒng)的光纖探頭。彎曲光纖近場光學(xué)探針的表示在圖7中。

輕敲模式下的近場圖像的分辨率被定義，不僅由半徑的前端也由垂直于試樣表面發(fā)生振蕩的振幅。這是由于急性針尖對試樣分離的光信號的靈敏度。為了維持高的近場分辨率，它是必要的，以保持一個(gè)小的振幅相對的前端的孔，或補(bǔ)償較大的振動(dòng)。一種機(jī)制，已被證明，提高分辨率是同步收集到的近場光學(xué)信號與小費(fèi)振蕩周期。在相當(dāng)大的**振幅調(diào)制的光耦合到探頭，調(diào)整相位，小費(fèi)是其*接近點(diǎn)時(shí)，只照亮標(biāo)本，可以保持高分辨率成像。

彎曲的光學(xué)探針在應(yīng)用程序中有幾個(gè)缺點(diǎn)，其中每一個(gè)可以歸因于彎曲本身。一個(gè)顯著的問題是探針制造難度增加，尤其是當(dāng)施加到頂端的金屬涂層。另外一個(gè)缺點(diǎn)是增加光損失的發(fā)生是由于在該探頭的彎曲。這種損失吞吐效率是顯著的，和一些公布的測量表明，彎曲的光纖探頭至少一個(gè)數(shù)量級的效率低于傳統(tǒng)的直路的光纖探頭。在某些操作模式的近場光學(xué)，強(qiáng)度損失的是不是一個(gè)嚴(yán)重的限制，因?yàn)轭~外的光可以被耦合到光纖補(bǔ)償，假設(shè)提供足夠的激光功率。光耦合的增加，是因?yàn)楣獾膿p失，以及增加的加熱，在纖維的彎曲發(fā)生在一個(gè)選項(xiàng)，而不是在一個(gè)

中彎曲探針的反饋模式，探頭擺動(dòng)垂直于試樣表面的類似輕敲模式原子力顯微鏡。可以監(jiān)視振蕩的振幅，或者用機(jī)械方法，如石英音叉用壓電裝置，或光反射的激光從頂面的前端懸臂。該探針在其本征模振蕩被激發(fā)試樣的前端的距離的記錄，并作為反饋信號動(dòng)態(tài)。探針的前端，防止附著由于振蕩，它提供了很短的接觸時(shí)間，反向驅(qū)動(dòng)力的懸臂彎曲試樣。這種反饋方法的成功依賴的前端振動(dòng)產(chǎn)生的共振增強(qiáng)的前端檢體的距離控制的敏感性增加。的鋒利度和靈敏度的前端的振動(dòng)，其特征在于通過在懸臂的Q（類似于在剪切力振蕩的測量Q）。的探針的Q值基本上降低的粘度的液體的環(huán)境中，這通常是伴隨著一個(gè)大的諧振頻率偏移。

輕敲模式下的剪切力模式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以獲取與納米地形圖像相對容易，甚至當(dāng)試樣和探頭都浸在水或其它流體介質(zhì)。各種各樣的研究小組已使用攻絲模反饋的單分子檢測，生物系統(tǒng)的研究，并用于成像在水中，在其他應(yīng)用中。當(dāng)振蕩**接近試樣表面，音叉振蕩振幅減少，或在光反饋信號的觀察。這種阻尼的起源仍然沒有完全理解，然而，幾種不同的機(jī)制已經(jīng)被提出，包括毛細(xì)管力，范德W

阻尼力的作用下對探頭端部可以概念化設(shè)想一層薄薄的覆蓋在試樣表面的水（這實(shí)際上是的情況下，如果試樣是在環(huán)境條件下）。筆尖的時(shí)候，降低到地表水的薄層，一拖力施加到探頭端部，因?yàn)樗M(jìn)入水。增加的阻力減小的端部的光纖探針的振幅，和轉(zhuǎn)移的纖維的共振頻率。這些變化都減小音叉（非光學(xué)方法）的輸出信號。當(dāng)減少信號下降到低于閾值的參考信號，在前端被解釋為“從事”的反饋控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的高度以上的試樣（基于用戶指定的參考信號）的前端。

近場掃描光學(xué)顯微鏡的使用持續(xù)增長，尤其是對感興趣，獲得盡可能高的光學(xué)分辨率的顯微鏡。然而，近場光學(xué)顯微鏡并不限于服務(wù)作為一個(gè)單獨(dú)的成像/顯微鏡儀器，它也可以用于納米尺度上的試樣的操作，制造，加工。種類繁多的近場光學(xué)成像領(lǐng)域之外的應(yīng)用正在不斷發(fā)展，包括精密激光加工，納米尺度的光學(xué)光刻技術(shù)，以及本地化版本籠化合物。

近場光學(xué)顯微鏡的局限性包括：

• 幾乎為零的工作距離和一個(gè)非常小的景深。

• 極長的高分辨率圖像或大面積標(biāo)本的掃描時(shí)間。

• 非常低的透射率小于入射光波長的小孔。

• 只有在試樣的表面的功能進(jìn)行研究。

• 光纖探頭是有些問題的成像軟質(zhì)材料，由于其高的彈簧常數(shù)，特別是在剪切力模式。

近場光學(xué)顯微鏡是目前仍處于起步階段，需要更多的研究對發(fā)展改進(jìn)的探測器制造技術(shù)和更靈敏的反饋機(jī)制。未來的技術(shù)可能實(shí)際上休息細(xì)化Apertureless近場方法（包括干涉），其中有些已經(jīng)達(dá)到1納米的順序決議。然而，大多數(shù)近場光學(xué)儀器的典型分辨率約為50納米，這是只有5或6次，比通過掃描共聚焦顯微鏡的。這種溫和的增長分辨率都相當(dāng)成立近場光學(xué)儀器，進(jìn)行適當(dāng)?shù)某上袼璧臅r(shí)間成本和操作的復(fù)雜性。近場光學(xué)顯微鏡的*大優(yōu)勢可能在于它能夠提供高空間分辨率的光學(xué)和光譜數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合地形信息。結(jié)合原子力測量和近場掃描光學(xué)顯微鏡已被證明是一個(gè)非常**的方法在某些領(lǐng)域的研究，提供了新的信息的各種標(biāo)本類型是根本無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場顯微鏡。