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30 Kapitel 2: Grundlagen
kürzerer Wellenlängen und durch eine größere numerische Apertur verbessert
werden. Die durch die Beugung verursachte Einschränkung stellt allerdings keine
prinzipielle, sondern eine durch die verwendete Optik bedingte Limitierung
dar. Denn bereits das Beugungsintegral Gl. 2.41 liefert nur für Öffnungen, die
deutlich größer als die betrachtete Wellenlängen sind, korrekte Ergebnisse. Für
Aperturgrößen, die die Wellenlänge unterschreiten, bedarf es daher eine Beschreibung
durch die Bethe-Bouwkamp-Theorie [47, 48]. Diese ist auf eine endliche
Öffnungstiefe, bzw. Filmdicke anwendbar [49], und bildet daher für zahlreiche
theoretische Untersuchungen der Feldverteilung an Nahfeldsonden eine bedeutende
Grundlage [50–53]. Es bleibt festzuhalten, dass im Experiment die Grenze
des Auflösungsvermögens von den endlichen Abmessungen der Optik, bzw.
Messsonde abhängt.
Nahfeldoptik
Die Nahfeldmikroskopie stellt im Prinzip eine Verallgemeinerung der Konfokalmikroskopie
[54,55] dar. Ein möglichst hohes Auflösungsvermögen wird durch
eine hohe räumliche Einschränkung des Lichts erzielt. Dies bedeutet, dass eine
Optik mit hoher numerischer Apertur erforderlich ist. Fernfeldoptiken sammeln
allerdings nur den propagierenden Anteil mit k � < 2πn/λ ein. Eine Vergrößerung
des Spektrums an Raumfrequenzen, um die Ortsauflösung zu verbessern,
wird durch das Einsammeln höherer Raumfrequenzen möglich. In der Nahfeldmikroskopie
wird durch eine Apertur, bzw. durch ein streuendes Objekt, deren
Abmessungen erheblich kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind, die Sammlung
evaneszenter Anteile ermöglicht. Neben der möglichst kleinen Apertur ist
auch ein kleiner Abstand zwischen Nahfeldsonde und Probe erforderlich, da eine
hohe räumliche Einschränkung des Lichts zu einer starken Abnahme der Felder
entlang der optischen Achse führt. Dies beruht zum einen am hohen Anteil
evaneszenter Felder, die exponentiell zerfallen, und zum anderen an der starken
Divergenz fokussierter Felder. Beträgt aber nun der Abstand zwischen Probe und
Nahfeldsonde nur noch einen kleinen Bruchteil der Wellenlänge, so kann die
Wechselwirkung der Sonde mit dem optischen Feld der Probe nicht vernachlässigt
werden. Da diese Wechselwirkung von der Geometrie und den optischen Eigenschaften
der jeweiligen Messsonde beeinflusst wird, können die Messergebnisse
für unterschiedliche Messsonden variieren [56]. Für experimentelle Untersuchungen
ist daher die Verwendung von Nahfeldsonden mit vergleichbarer Qualität
unerlässlich, um eine gute Reproduzierbarkeit der Messungen zu gewährleisten.
Entwicklung der Optischen Rasternahfeldmikroskopie
Im Jahre 1928 veröffentlichte E. A. Synge [57] eine Methode, um die klassische Limitierung
des Auflösungsvermögens (Gl. 2.43) zu überwinden. Er schlussfolgerte,
dass die Limitierung durch die Größe der Apertur und nicht durch die Wellenlänge
begrenzt sein muss. Seine Idee, eine Lochblende mit einem Durchmesser
kleiner als die Wellenlänge des Lichts in kleiner Entfernung zur Beleuchtung
eines Objektes zu verwenden, stellt somit den ersten Entwurf dar, ein optisches