Ở kính hiển vi bình thường, ánh sáng được hội tụ chiếu vào mẫu, vật kính tạo ra ảnh phóng đại của mẫu và ảnh do vật kính tạo ra lại được dùng làm vật cho các thấu kính tiếp theo phóng đại lên.
Độ phóng đại cuối cùng bằng tích các độ phóng đại của các thấu kính.
Đây là cách phóng đại nhiều lần bằng cách ghép các thấu kính.
Với cách phóng đại này các tia sáng đồng thời qua cả diện tích của mẫu và đồng thời qua các thấu kính như vậy nên năng suất phân giải của kính hiển vi quang học bị hạn chế bởi hiện tượng nhiễu xạ.
Tính toán của Abbe cho thấy nếu dùng ánh sáng có bước sóng λ và thấu kính có khẩu độ là NA=nsinθ thì khoảng cách nhỏ nhất có khả năng phân biệt được (năng suất hay là độ
phân giải) là:
d=0.61λ/NA
Như chúng ta đã biết người ta tìm nhiều cách tăng NA để d giảm, nhưng NA tốt nhất cũng cỡ
bằng 1.
Vậy năng suất phân giải tốt nhất của hiển vi quang học về lý thuyết là:
D=0.61 λ
Vì rất khó đạt được giá trị d lý thuyết nên về thực hành có thể xem d= λ
Ánh sáng trông thấy có bước sóng khoảng 400 nm đến 700 nm.
Như vậy độ phân giải lý thuyết của kính hiển vi quang học vào cỡ 300 nm, thực tế cỡ 500 nm.
Thực ra ở kính hiển vi quang học thông thường ánh sáng từ mẫu đi ra phải đi một đoạn khá dài mới đến được thấu kính để tạo ra ảnh.
Có thể gọi một cách đầy đủ đó là hiển vi quang học trường xa.
Tuy nhiên khi ánh sáng chiếu đến mẫu còn có những ánh sáng định xứ sát bề mặt mẫu không ra xa được.
Trường ánh sáng ở gần này cũng phản ảnh những chi tiết ở bề mặt ở bề mặt mẫu. có thể bố trí một đầu dò đặc biệt để dò được sóng ánh sáng định xứ ở gần bề mặt đó, đo được chỗ nào mạnh chỗ nào yếu.
Cho đầu dò này quét trên bề mặt mẫu và dùng cường độ ánh sáng mà đầu dò đo được để làm thay đổi độ sáng của các điểm ảnh trên màn hình.
Ảnh có được là ảnh của trường ánh sáng gần bề mặt mẫu và tạo bằng cách quét nên có tên gọi là ảnh hiển vi quang học quét trường gần.
Hiện nay đã có nhiều cách làm những đầu dò đặc biệt đó và trên thị trường đã có bán nhiều kính hiển vi quang học quét trường gần
Loại không có lỗ .Đây là một sợi quang được cắt ngang và dùng cách ăn mòn để có một mũi thật nhọn nhô ra ở giữa, đường kính mũi nhọn 100 nm.
Chiếu ánh sáng (laze) vào mẫu, đưa mũi nhọn quét gần bề mặt. Ánh sáng trường gần đến mũi nhọn và được dẫn ra ngoài theo cáp quang để tạo ảnh theo phương pháp quét.
Loại đầu do có lỗ vẽ ở hình trên và nguyên lý hoạt động vẽ ở hình trên.
Đầu dò cũng làm từ sợi quang, đầu sợi hơi nhọn, phủ lớp kim loại mỏng, đủ ngăn không cho ánh sáng lọt qua, chỉ chừa trống ở đầu mũi một diện tích tròn, đường kính 50 nm.
Đó là “lỗ” để ánh sáng lọt qua. Đưa đầu dò có lỗ vào sát bề mặt mẫu. Có thể cho ánh sáng (laze) cũng qua lỗ sợi quang qua lỗ chiếu vào mẫu, như vậy chỉ có vùng gần đầu dò mới được chiếu ánh sáng.
Ánh sáng trường gần lọt qua được lỗ đi ngược lại lại theo sợi quang đến máy đo.
Như vậy là thu được ánh sáng trường gần của từng điểm mẫu.
Kính hiển vi quang học quét trường gần cũng dùng bộ dò quét áp điện để quét đầu dò và thu ánh sáng trường gần để tạo ảnh trên màn hình của ống đèn hình.
Hiển vi quang học quét trường gần không có độ phân giải cao như hiển vi lực nguyên tử, hiển vi Tunen.
Nhưng ưu điểm là mẫu không cần dẫn điện như là ở hiển vi Tunen, đầu dò tuy ở gần nhưng không tác dụng lực không làm hỏng bề mặt mẫu như ở hiển vi lực nguyên tử.
Năng suất phân giải của hiển vi quang học quét trường gần vào cỡ kích thước nhạy cảm của đầu dò, như đã thấy trên, cỡ từ 100 nm đến 50 nm tốt hơn nhiều so với độ phân giải của hiển vi quang học.
Cũng như hiển vi quang học, vì dùng ánh sáng nên đối với hiển vi quang học quét trường gần mẫu gì cứng hay mềm, khô hay ướt
cũng quan sát được không làm hư hại.
Hơn nữa ánh sáng trường gần từ bề mặt mẫu có thể dẫn đến máy phân tích quang phổ để phân tích, đặc biệt phân tích theo phổ Roman để biết thành phần.
Bộ quét áp điện có thể đưa đầu dò quét trên diện tích 60×60µm2 với độ chính xác đến nanomet và
đưa đầu dò lên xuống bề mặt mẫu.
Kính thường làm việc khi đầu dò cách bề mặt mẫu chừng vài nanomet. Có những động cơ bước điều khiển những dịch chuyển thô trong phạm vi cỡ 10 µm trước khi điều chỉnh tinh bằng bộ quét áp điện.
Vị trí mẫu – đầu dò dễ dàng theo dõi trên màn hình
Nguyên tắc làm việc của đầu dò ở kính hiển vi quang học quét trường gần
(a) Ánh sáng từ xa chiếu vào mẫu. Đầu mũi nhọn đưa ánh sáng trường gần dẫn theo sợi quang ra máy đo; (b) Ánh sáng từ ngoài được dẫn theo sợi quang qua lỗ nhỏ chiếu vào mẫu. Lỗ nhỏ nhận ánh sáng trường gần và theo sội quang ra máy đo
Trong công nghệ nano, hiển vi quang học quét đầu dò còn để thực hiện khắc hình nano vì đầu dò có thể dùng như ngòi bút để chiếu tia sáng kích thước nano.
Theo chương trình cài đặt ở máy tính, ngòi bút đó “vẽ” ánh sáng theo những hình mong muốn theo cách gần như là ở quang khắc.
