I. INTRODUCTION
Ce chapitre se consacre, dans une premier temps, à la définition du concept de
champ proche optique à travers l’analyse du champ propagé d’un objet. Nous verrons
que l’analyse du spectre angulaire du champ conduit à la limite de résolution de
l’optique diffractive classique (par opposition à l’optique de champ proche). Nous
exposerons brièvement les moyens classiques d’amélioration de cette résolution. Nous
reviendrons ensuite sur le phénomène de réflexion totale (décrit dans le chapitre
précédent) qui nous permettra de démontrer qu’il est possible d’accéder à des champs
confinés au voisinage d’un objet et par la même de s’affranchir de la limite de
diffraction. Nous terminerons ce chapitre par un historique du développement de la
microscopie en champ proche optique et présenterons les divers domaines d’application
dans lesquels elle prend part en insistant particulièrement sur le domaine dont ce travail
fait partie : celui de l’optique guidée.
En 1866 Carl Zeiss, alors détenteur d’un petit atelier d’optique, fait la connaissance
d’un jeune professeur de l’université de Gènes, Ernst Abbe, et lui demande son aide afin
d’établir une base scientifique à la construction d’un microscope. Bien qu’ayant été
inventé quelques 200 ans auparavant, le microscope de l’époque n’était guère plus
qu’une simple loupe. Les recherches poursuivies par Abbe durèrent 8 années.
L’investissement de Zeiss dans ces travaux était colossal et son petit atelier se retrouvait
au bord de la faillite quand il fut enfin récompensé. En 1878, Abbe put enfin formuler
mathématiquement le processus de formation des images à travers un microscope.
Employée comme principe de base pour la conception des composants optiques, cette
théorie porta le microscope du rang de simple curiosité à celui d’un appareil scientifique
incontournable et, par la même, fit du petit atelier de Zeiss la gigantesque multinationale
que nous connaissons aujourd’hui.
Mais en formulant sa théorie, Abbe à cependant également identifié une limite
fondamentale qui ne saurait être surpassée, même par les meilleures lentilles qui soient.
C’est la fameuse limite de la diffraction que Lord Rayleigh reformulera quelques
décennies plus tard sous une forme concise, et bien connue sous le nom de critère de
Rayleigh. Ernst Abbe, aux vues de sa théorie, aura alors ces mots 1:
« Peut-être qu’en quelque temps futur, l’esprit humain réussira à
trouver les processus et à conquérir les forces naturelles qui
ouvriront de nouvelles voix permettant de surpasser les limites
qui, aujourd’hui, nous semblent insurmontables ».
Cinquante ans plus tard, la prédiction de Abbe verra le jour sous la forme d’une
expérience par la pensée décrite par E.H. Synge [1] qui posera le principe de base de la
microscopie en champ proche optique moderne. Selon Synge, des résolutions bien en
1 Citation tirée de la thèse de John Conrad Quartel : CONRAD J.C. A study of near-field optical imagning using an
infrared microscope. Université de Londres. Londres : Imperial college of science, technology and medicine, 1999,
153 p.