Une fibre optique révèle des structures minuscules d’un milliardième de mètre

Des chercheurs australiens, au sein d’une équipe internationale, ont mis au point une approche qui rend possible la microscopie avancée au moyen d’une fibre optique plus fine qu’un cheveu humain.

« Les progrès récents de l’optique ont permis de contrôler la diffusion de la lumière à travers des fibres optiques extrêmement fines, mais la diffusion de motifs lumineux plus complexes, nécessaires pour réaliser une microscopie avancée, a échappé aux chercheurs jusqu’à présent », a indiqué le Dr. Ralf Mouthaan du Centre de lumière pour la vie de l’université d’Adélaïde, qui a entrepris le projet.

« Avec un encombrement bien inférieur à celui de tout autre dispositif d’imagerie à fibre optique, ce dispositif permettra de recueillir des images microscopiques de parties du corps humain auparavant inaccessibles, tout en réduisant au minimum les dommages causés aux tissus ».

« La lumière transmise par une fibre optique est déformée lorsqu’elle se propage. Lorsque la taille de la fibre se rapproche de la largeur d’un cheveu humain, cette distorsion se traduit par un motif granulaire apparemment aléatoire ».

« De nouvelles approches ont commencé à corriger cette distorsion, ce qui permet à des dispositifs à empreinte ultra-fine de pénétrer dans des parties du corps auparavant inaccessibles ».

« Cependant, ces approches produisent des faisceaux lumineux imparfaits, ce qui les rend inadaptés à la super-résolution ou à la microscopie à grand champ ».

« La réalisation d’une microscopie avancée dans une fibre fine comme un cheveu révélera une mine d’informations supplémentaires ».

La nouvelle approche profitera aux techniques de microscopie avancées telles que la microscopie à nappe de lumière, dans laquelle une image volumétrique de l’échantillon est construite par l’imagerie d’un plan à la fois, ou la microscopie à émission et appauvrissement stimulés (STED), qui permet d’imager des structures incroyablement petites d’un milliardième de mètre de diamètre.

L’équipe* vient de démontrer qu’il est possible de préformer la lumière de manière à ce qu’elle puisse générer n’importe quel motif optique souhaité, même après distorsion.

L’approche décrite dans leur article publié dans « Advanced Optical Materials » , permet un contrôle sans précédent de l’amplitude, de la phase et de la polarisation du faisceau à la sortie de la fibre. Ils démontrent la projection de motifs lumineux exotiques tels que les faisceaux de Bessel, les faisceaux d’Airy et les faisceaux de Laguerre-Gaussien, chacun d’entre eux ayant des propriétés uniques qui sous-tendent les techniques modernes de microscopie.

« Alors que de nombreux microscopes avancés peuvent occuper un laboratoire entier, cette approche constitue une étape majeure dans la miniaturisation des microscopes, au point que des images peuvent être prises à l’intérieur du corps humain », a déclaré le Dr Mouthaan.

« Il n’y a pratiquement aucune limite à ce qui peut être projeté à travers la fibre. Par exemple, une lettre telle que l’alpha grecque peut également être formée ».

L’équipe d’Adélaïde va maintenant s’atteler à la démonstration des premiers « endomicroscopes » de démonstration, tandis que les membres de l’équipe de l’université de Nottingham travaillent à la construction d’un endoscope prêt à être utilisé en clinique.

* Ce projet a été entrepris par le Dr Ralf Mouthaan et est le résultat d’une étroite collaboration internationale avec le Dr Peter Christopher et le Dr George Gordon de l’université de Nottingham, au Royaume-Uni, ainsi qu’avec les professeurs Tim Wilkinson et Tijmen Euser de l’université de Cambridge, au Royaume-Uni. Le professeur Kishan Dholakia dirige l’équipe d’Adélaïde en tant que directeur du Centre of Light for Life.

Ces travaux ont été financés par le Conseil australien de la recherche et le Conseil britannique de la recherche en ingénierie et en sciences physiques.

Légende illustration : Projection expérimentale des faisceaux de Bessel, d’Airy et de Laguerre-Gauss à travers une fibre multimode de 50um. Ces faisceaux sont à la base des techniques modernes de microscopie. Image : Université d’Adélaïde.

Article : « Generating High-Fidelity Structured Light Fields Through an Ultrathin Multimode Fiber Using Phase Retrieval » – DOI: 10.1002/adom.202401985

Source : U. Adélaïde – Traduction Enerzine.com