V klasické optické mikroskopii dalekého pole se k zobrazování používají optické prvky, které vnášejí omezení rozlišení vlivem difrakčních jevů. Maximální rozlišení je rovno vlnové délce použitého záření. Na toto omezení můžeme nahlížet skrz přenosovou funkci volného prostoru
která má jednotkovou absolutní velikost pro prostorové frekvence, pro něž platí fx2+fy2≤1/λ2 (zde tedy dochází pouze ke změně fáze) a pak se přemění ve funkci exponenciálně klesající se vzdáleností d od zdroje obrazu, přičemž charakteristická délka tlumení je přibližně λ. Protože klasická mikroskopie pracuje ve velké vzdálenosti, nedokáže zobrazit frekvence nad danou mezí. Budeme-li obraz snímat ve vzdálenosti menší než λ od vzorku (v blízké oblasti), frekvence se přenesou a dosáhneme rozlišení pod difrakčním limitem. V principu vždy stačí použít stínítko s otvorem (aperturou), které se pohybuje v těsné blízkosti povrchu vzorku. Osvětlení může být například z druhé strany v transmisním uspořádání a je homogenní po celém povrchu.
Také jakékoliv rozhraní mezi různými prostředími ovlivňuje rozložení elektromagnetického pole (např. koncentrace pole na hrotu, vymizení pole na dokonale vodivém povrchu apod) a toto narušení je zpravidla patrné na vzdálenost srovnatelnou s velikostí struktury, která jej vyvolala. Při vysokých frekvencích se každá nehomogenita vystavená poli sama stane zdrojem záření – anténou. Může tedy být pro účely mikroskopie sonda s otvorem nahrazena ostrým hrotem.
 |
| NFSOM hrot. |
Rozlišení NFSOM se definuje obdobně jako v klasické optice jako první nulový bod přenosové funkce. Budeme-li uvažovat kruhovou aperturu položenou na vzorku, bude funkce rozšíření kvadrátem aperturní funkce. Funkce frekvenčního přenosu pak bude mít tvar (2J1(2πRf))/(2πRf), kde R je rozměr apertury. Z polohy nulového bodu pak plyne rozlišení f=(0,61)/R, které je nezávislé na λ. Lepšího rozlišení lze tedy dosáhnout menší aperturou, v čemž jsme však omezeni jednak technologií výroby, jednak účinností přenosu energie, která klesá jako (R/λ)6. Další omezení rozlišení plyne z vnějšího průměru sondy, zvláště na hrubých površích, kde dochází k mechanické interakci se vzorkem.
Základní uspořádání mikroskopů v blízkém poli je tvořeno stínítkem s aperturou, zdrojem světla a detektorem. Je možno použít aperturu v blízkosti stínítka a detektor v dalekém poli (osvětlení je ze strany otvoru a je homogenní, po průchodu štěrbinou je v blízké oblasti ještě kolimováno a prochází vzorkem, po výstupu z otvoru má svazek průměr daný průměrem otvoru, za vzorkem se rozšíří, ale to již dosažené rozlišení neovlivní), detektor v blízkém poli a otvor dále (nebo vůbec ne) či použít hrot jako světelný zdroj. Metoda může pracovat na průchod či na odraz, vznik kontrastu je podmíněn variacemi v odrazu či lomu, absorpci, polarizaci nebo fluorescenci.
 |
Mezi základní uspořádání metody patří:
transmisní otvorové, při níž světlo laseru prochází otvorem, pak vzorkem (např. polopropustným filmem) a z druhé strany je detektor, lze použít např. i mikropipetu zvenčí pokovenou, ozařuje se buď široký konec pipety nebo se záření sbírá ostrým koncem pipety (nevýhodou plošného ozáření vzorku je možnost nežádoucích fotochemických reakcí a vliv speklu);
otvorové odrazové, kdy je sonda tvořena vlnovodem a má na povrchu otvor, ve vlnovodu se šíří světlo podél vzorku za podmínky totálního odrazu a v místě otvoru uniká ven, odráží se od vzorku a prochází sondou kolmo na rovinu otvoru;
odrazové rozptylové, které má podobné uspořádání jako předchozí, ale místo otvoru je na sondě výstupek, z něhož světlo uniká — umožňuje lepší přístup k povrchu;
transmisní sběrové, kdy světlo prochází skrz vzorek a z druhé strany je v blízké oblasti hrotový detektor (vlnovod).
Následující obrázek je ukázkou možností NSOM. Zobrazen je standardní vzorek, tvořený z polystyrenových kuliček se jmenovitým průměrem 500 nm. Vlevo je obraz NSOM mikroskopu (vložený obrázek ukazuje současně snímaný obraz smykových sil), vpravo běžného optického mikroskopu při zvětšení 50×. Oba obrázky v odrazném uspořádání.
