Illumination structurée et super résolution

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1 Illumination structurée et super résolution On multiplie a(x,) par une fonction sinusoïdale, donc ã devient ã!(!(f c )±!(-f c ))! - õ - ã - X = Projection de franges (Gustafsson)! On utilise deux ordres de diffraction (+,-) d un réseau en transmission! On génère deux points source dans le plan focal arrière de l objectif! On décale latéralement l image du réseau en décalant le réseau! 3 ou 4 positions du réseau pour balaer une période

2 Élargissement de la fonction de transfert FTO originale Résultats Billes "m Obj air x ORIGINAL 4 5 Billes nm Obj eau x6 3 TRAITE 4 5

3 Estimation de la résolution Objectif x6 ON=.2(eau) résolution=3nm x critère de Houston : 7nm Pouvoir de séparation Objectif x6 ON=.2(eau) résolution=3nm.6 x nm

4 3. Champ proche : Proposition pratique Idées du phsicien Edward Snge (928). «A suggested method for extending microscopic resolution into ultra-microscopic region», Philosophical magazine, 928 Illumination Configuration proposée Sonde de très petite ouverture : nm Echantillon très fin : nm Ecran opaque perforé Zone de champ proche Balaage : - Echantillon très plat : qq nm. - Il faut bouger l échantillon (ou l ouverture) par pas de nm. «An application of piezo-electricit to microscop», Philosophical magazine, domaine des Micro-Ondes Domaine micro-ondes Nature 237,5 (972) "= 3 cm Diamètre ouverture :,5 mm I Déplacement motorisé du réseau. x Résolution : "/6 Suivi de l intensité du signal micro-onde réfléchit au travers de l ouverture sublongueur d onde en fonction de la position du réseau.

5 3 Premier succès dans le visible : 984 Pohl, Denk et Lanz : domaine du visible «Optical stethoscop : image recording with resolution!/», Appl. Phs. Lett. 44,65 (984). détecteur Platine piézo x Echantillon (réseau) Pramide Images d un réseau Pramide en quartz recouverte de métal + Ouverture crée par pression sur une surface Laser argon (488 nm) 3. Les fibres optiques étirées Ce sont aujourd hui les sondes à ouvertures les plus utilisées. Fibre optique monomode à 5 µm 5 à 3 µm Gaine Coeur Gaine Amincissement de l extrémité Etirage à chaud ou Attaque à l acide Métallisation. Elle doit être présente tout le long de la fibre, sauf à l extrémité pour créer une nano-ouverture. Aluminium

6 3. Transmission à travers une fibre Influence de la forme de l'extrémité Fibre peu effilée Fibre très effilée J. Appl. Phs., 8 (996). Ref : Lazarev et al., RSI 74, 3684 (3) Ouverture de nm Ouverture de 35 nm Appl. Phs. Lett. 72, 35 (998) 3. Transmission à travers une fibre Visualisation de la lumière qui sort d une fibre Malgré la taille très réduite de l ouverture, il est possible de voir la lumière qui en sort à l aide d un microscope optique classique sous fort grossissement, et dans de bonnes conditions d obscurité. Ref : site web Nanonics imaging

7 3. Diffusion par une particule Pour caractériser un processus de diffusion, on définit 3 sections efficaces : (! ) = (! ) + (! ) C C C ext abs dif C abs section efficace d absorption C dif section efficace de diffusion C ext section efficace d extinction La section efficace, c est le rapport entre l intensité de lumière I(") dans tout l espace par l intensité de lumière qu elle reçoit par unité de surface. ex: C dif (! ) = I I dif (! ) (! ) A 3. Diffusion par une particule métallique, résonance plasmon C dif [unités arbitraires] Section efficace de diffusion de particules de divers matériaux en fonction de ". résonance plasmon Longueur d onde (nm) Pour les métaux (dans le domaine visible les métaux nobles comme l or), il a une résonance : résonance plasmon - gaz d e- et «coeur» découplés -le champ oscille à #, donc les e - aussi. -les charges se comportent comme un oscillateur(fréq. de résonance,dipôle oscillant, diffusion plus importante). Champ électrique Sphères métalliques P Délocalisation de l ensemble des électrons P

8 3. Diffusion par une particule Spectre de diffusion : influence de la taille de la particule Astuce : Si on observe des particules d or de tailles différentes avec un microscope optique classique, en analsant la position de leur résonance spectrale, on peut déterminer leur taille. Section efficace de diffusion de particules d or de différentes tailles en fonction de la longueur d onde. Même si on n a pas une résolution latérale suffisante!!! Il faut connaître cependant : - leur nature (or, argent, cuivre) - leur forme (sphérique, ellipse, ) 3. Diffusion par une particule Camera CCD Montage en réflexion totale interne Microscope Couche de particules d Au Image de microscopie classique Réf: Thèse de C. Sonnichsen, PhD thesis, Munich Particules d or sphériques jaunes et vertes (taille différente). Particules d argent sphériques bleues. Particules d or elliptiques (nanorods) oranges et rouges.

9 3. distribution de Champ EM : une ligne de plots d or, vers le guidage optique par particules métalliques Eclairement en réflexion totale et détection par fibre optique en mode PSTM chaîne de particules d or SNOM Théorie "=633nm Réf.:Krenn, Phs.Rev.Lett. 82, 259(999) L image obtenue expérimentalement est différente de celle obtenue sur des particules isolées. Il a couplage entre les ondes de surfaces émises par les particules. 3. Observation de la localisation dans le cas d un corral Topographie expérience théorie Chicanne et al., Phs. Rev. Lett. 88, 9742 (2).

10 3. Observation de localisation de champ EM dans le cas de structures aléatoires : Films métal - diélectriques Métal sur verre Pas de métal Seuil de percolation Concentration massique de metal en Å Observation de la localisation dans le cas de structures aléatoires Eclairement en mode transmission et détection des photons à l aide d un SNOM à pointe diffusante. Echantillon : lame de verre avec des grains d or répartis aléatoirement sur sa surface. "=7nm Image TEM montrant la distribution des grains d or à la surface. "=79nm Existence prévue de pics localisés, appeles «hot spots» à divers endroits de la surface. L intensité relative de ces pics et leur répartition spatiale dépend de ". Images SNOM théoriques

11 3. Hot spots et longueurs d onde SNOM " = 789 nm 8 images " = 724 nm Phs Rev B64 p6543 () MERCI!