什么是阴极发光?
当电子束与一种材料相互作用时，发生了许多用于各种显微镜的过程。除电子信号外，还通过各种非相干和相干过程产生从x射线到中红外的广谱电磁辐射。
在电磁波谱的紫外/可见光/近红外区域产生的辐射被称为阴极发光(CL)，来自阴极射线(快速电子)和发光(发光)。电子束使材料在回到基态时发出荧光。
扫描电镜阴极发光成像显微镜
阴极发光(CL)被用来表征纳米尺度的光学性质。阴极发光技术分析在电磁波谱的紫外到近红外区域发射的结果光子。阴极发光的功率是功能光学信息与电子显微镜的高空间分辨率的结合。阴极发光结合功能光学信息与优越的空间分辨率与电子显微镜。这使得该技术对各种各样的应用和研究非常有吸引力，特别是在光学研究、材料科学和地质学领域。
利用传统光学显微镜获得纳米结构的光学信息是不可能的，因为基于阿贝衍射定律，光学显微镜的分辨率有限。阿贝衍射定律指出，两个点的间距小于d = λ0/(2NA)，其中λ0为自由空间波长，NA为显微镜数值孔径，显微镜无法分辨。在接近理想值的情况下，使用λ蓝色激光0400nm和空气中理论上的完美NA为1(尽管油浸孔径可以略高)，我们的分辨率被限制在200nm。这使得传统光学显微镜不适用于真正纳米尺度的研究。
上图包括一个125纳米长的金棒的电子显微图，它作为纳米天线，在λ共振0= 750 nm。比例尺是50纳米。重叠的红色圆圈表示λ的光学衍射限制点0= 750nm, NA = 1。小蓝点代表5纳米的电子束(按比例)。右边显示的是灰色虚线圈所包围区域的放大图像。这幅图说明了光学显微镜的局限性和电子束激发对研究纳米材料的重要性。
这个问题的解决方案是使用阴极发光，一束快速电子在纳米尺度上探测材料。使用电子作为光激发源有几个优点。首先，激励分辨率可以非常高和精确。典型的扫描电子显微镜可以聚焦和定位1 - 10纳米的电子束。该光束可作为无探测、无损的宽带激励源。由于测量是在电子显微镜环境下进行的，完整的电子显微镜工具箱可用于将纳米几何特征与光学响应相关联。
阴极发光的应用
阴极发光发射可以用来研究物质的许多基本性质。它可用于研究光输运、散射、材料的电子结构，包括半导体(如带隙、缺陷)、谐振现象等等。因此，它为基础研究以及与工业(计量学、失效分析)直接联系的应用研究提供了有价值的信息来源。
作为纳米光子学领域的一项相关技术，CL生成了反映电磁态局部密度的高光谱发光图。与CL的最新进展，发射的方向性和偏振可以严格地测量，以深入了解纳米结构的光学性质。直到最近，CL还不适用于金属、介电或大多数半导体纳米结构，但收集效率的突破使CL研究成为可能。改进的反射镜设计和校准已经使先进的CL测量以前困难的样品，如纳米颗粒，纳米线，超分子，超表面，和光子晶体可能在现成的系统。
阴极发光成像也是研究地质样品的理想工具。岩石的CL发射可以深入了解晶体生长、分带、胶结、置换、变形、物源、微量元素和缺陷结构。这可以用于岩石指纹，并揭示亚微米尺度上有趣的空间纹理。它已被证明是地质年代学中对更大更繁琐的技术(如质谱分析)的一个极好的和非破坏性的补充。