近場光學顯微鏡的背景

傳統光學顯微鏡(即遠場光學顯微鏡)是顯微鏡家族中年代最久遠的成員，它曾是觀測微小結構的唯一手段。傳統光學顯微鏡由光學透鏡組成，利用折射率變化和透鏡的曲率變化，將被觀察的物體放大，來獲得其細節信息。然而，光的衍射極限限制了光學顯微鏡分辨力的進一步提高。由瑞利分辨力極限可知，光學顯微鏡的放大倍數是不能任意增大的。瑞利判據建立在傳播波的假設下，如果能夠探測攜帶物體細節信息的倏逝波，就能規避瑞利判據，突破衍射極限的限制。
近場光學 既是突破衍射極限的一種有效光學手段，它是隨著科學技術向小尺寸和低維空間推進所出現的光學領域中的一個新型交叉學科，其研究對象是距離物體表面一個波長（幾個納米）以內的光學現象。近場光學顯微術是一種新型超高分辨率顯微成像技術，是探針技術與光學顯微技術相結合的產物，是近場光學中的一個重要組成部分。
近場光學成像不同于經典光學，它所涉及的是一個波長范圍內的光學理論和現象。所謂的“近場”區域內包含：（l）輻射場：是可向外傳輸的場成分；（2)非輻射場：是被限制在樣品表面并且在遠處迅速衰減的場成分。由于近場波體現了光在傳播時遇到空間光學性質不連續情況下的瞬態變化，所以可以通過探測樣品的倏逝波來探測樣品的亞波長結構和光學信息。近年來，近場光學顯微術在理論和實踐上都已取得了突破性的發展。
由于光子具有一些特殊的性質，如沒有質量、電中性、波長比較長(與電子相比較)、 容易改變偏振特性、可以在空氣及許多介電材料中傳播等等，近場光學在納米尺度觀察上起到其他掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡所不能取代的作用，引發了近場光學顯微鏡在納米尺度光學成像、納米尺度光學微加工與光刻、超高密度信息存儲、以及生物樣品的原位與動態觀察等一系列研究。在這個領域中，另一個新的發展是近場光學技術與近場光譜及時間分辨的結合。人們不但能夠分辨單一的分子，并且能得到單一分子發出的熒光光譜及與時間分辨(10 - 15s)相結合的介觀體系信息。同時，也提出了近場條件下分辨率、襯度、偏振及光的傳播特性的新的理論問題。