Illumination structurée et super résolution Projection de franges
publicité
Illumination structurée et super résolution On multiplie a(x,y) par une fonction sinusoïdale , donc ã devient ã !( !(fc)±!(-fc)) 1 1 1 ! -fc fc -fc fc õ ã 1 1 fc fc 1 = X -fc -fc -fc fc -fc Projection de franges (Gustafsson) ! On utilise deux ordres de diffraction (+1,-1) 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 balayer une période fc Élargissement de la fonction de transfert FTO originale Résultats Billes 1"m Obj air x20 500 500 450 450 400 400 350 350 300 300 250 250 200 200 150 150 100 100 50 50 100 200 300 ORIGINAL 400 500 Billes 100nm Obj eau x60 100 200 300 TRAITE 400 500 Estimation de la résolution • Objectif x60 ON=1.2(eau) résolution=300nm x 10 0.45 -3 2.5 0.4 2 0.35 1.5 0.3 0.25 1 0.2 0.5 0.15 0.1 40 0 40 30 30 20 10 y 30 20 10 30 25 25 20 20 y 10 5 5 15 20 0 0 critère de Houston : 170nm 15 10 10 10 y 0 30 5 20 10 0 15 y 30 20 25 5 10 15 20 25 Pouvoir de séparation Objectif x60 ON=1.2(eau) résolution=300nm 0.6 x 10 -3 2.5 0.5 0.4 2 0.3 1.5 0.2 1 0.1 30 0.5 0 25 20 30 20 10 y 0 0 5 10 20 15 15 25 20 10 10 5 y 22 22 20 20 18 18 16 16 14 14 12 0 0 12 y y 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 5 10 15 20 160 nm 5 10 15 20 3. Champ proche : Proposition pratique Idées du physicien Edward Synge (1928). « A suggested method for extending microscopic resolution into ultra-microscopic region » , Philosophical magazine, 1928 Illumination Configuration proposée Sonde de très petite ouverture : 10 nm Echantillon très fin : 10 nm Balayage : Ecran opaque - Echantillon très plat : qq nm. perforé - Il faut bouger l’échantillon (ou Zone de l’ouverture) par pas de 10 nm. champ proche « An application of piezo-electricity to microscopy », Philosophical magazine, 1932. 3. domaine des Micro-Ondes Domaine micro-ondes Nature 237,510 (1972) "= 3 cm Diamètre ouverture : 1,5 mm Déplacement motorisé du réseau. I x Résolution : "/60 Suivi de l’intensité du signal micro-onde réfléchit au travers de l’ouverture sublongueur d’onde en fonction de la position du réseau. 3 Premier succès dans le visible : 1984 Pohl, Denk et Lanz : domaine du visible « Optical stethoscopy : image recording with resolution !/20 », Appl. Phys. Lett. 44,651 (1984). détecteur Platine piézo xy Pyramide Echantillon (réseau) Images d’un réseau Pyramide 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 Gaine 10 à 50 µm Coeur 50 à 300 µm 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 3. Transmission à travers une fibre Influence de la forme de l'extrémité Fibre peu effilée Fibre très effilée J. Appl. Phys., 80 1 (1996). Ref : Lazarev et al., RSI 74, 3684 (2003) Ouverture de 120nm Ouverture de 35 nm Appl. Phys. Lett. 72, 3115 (1998) 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 3. Diffusion par une particule Pour caractériser un processus de diffusion, on définit 3 sections efficaces : Cext (! ) = Cabs (! ) + Cdif (! ) Cabs section efficace d’absorption Cdif section efficace de diffusion Cext 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: Cdif (! ) = I dif (! ) I 0 (! ) A Cdif [unités arbitraires] 3. Diffusion par une particule métallique, résonance plasmon Section efficace de diffusion de particules 300 de divers matériaux en fonction de ". résonance plasmon 400 500 600 700 Longueur d’onde (nm) 800 Pour les métaux (dans le domaine visible les métaux nobles comme l’or), il y 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 PDélocalisation de l’ensemble des électrons 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 analysant 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 Particules d’or sphériques jaunes et vertes (taille différente). Particules d’argent sphériques bleues. Particules d’or elliptiques (nanorods) oranges et rouges. Réf: Thèse de C. Sonnichsen, PhD thesis, Munich 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, Phys.Rev.Lett. 82, 2590(1999) L’image obtenue expérimentalement est différente de celle obtenue sur des particules isolées. Il y 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., Phys. Rev. Lett. 88, 097402 (2002). 3. Observation de localisation de champ EM dans le cas de structures aléatoires : Films métal - diélectriques Métal sur verre 0 13 Pas de métal 50 65 Seuil de percolation 82 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. "=720nm Existence prévue de pics localisés, appeles « hot spots » à divers endroits de la surface. Image TEM montrant la distribution des grains d’or à la surface. "=790nm Images SNOM théoriques L’intensité relative de ces pics et leur répartition spatiale dépend de ". 3. Hot spots et longueurs d’onde SNOM " = 789 nm 8 images " = 724 nm Phys Rev B64 p165403 (2001) MERCI !
