Des scientifiques développent une nouvelle technique de microscopie

Un groupe de chercheurs dirigé par Brett Hokr de l’Université A&M du Texas a démontré qu’une nouvelle technique émergente, connue sous le nom d’émission aléatoire de laser Raman, peut produire une source de lumière stroboscopique brillante et sans tache, avec une application potentielle en microscopie à grande vitesse.

Les scientifiques ont démontré comment une source de lumière stroboscopique à bande étroite pour l'imagerie sans chatoiement a le potentiel de révéler des formes de vie microscopiques. Crédit image : Groupe de recherche Matériaux pour applications microélectroniques / TU Bergakademie Freiberg.

Les scientifiques ont démontré comment une source de lumière stroboscopique à bande étroite pour l’imagerie sans chatoiement a le potentiel de révéler des formes de vie microscopiques. Crédit image : Groupe de recherche Matériaux pour applications microélectroniques / TU Bergakademie Freiberg.

Le laser Raman aléatoire permet à un matériau diffus, comme une poudre, d’émettre de la lumière laser.

Contrairement aux lasers traditionnels qui fonctionnent en faisant rebondir les photons dans une cavité laser, le laser Raman aléatoire se produit lorsque la lumière rebondit entre les particules de poudre suffisamment longtemps pour que l’amplification se produise.

L’émission laser Raman aléatoire est une émission pulsée avec une durée temporelle à l’échelle de la nanoseconde unique et dans un spectre étroit d’environ 0,1 nanomètre, qui peut émettre un million de fois plus de photons par unité de temps par unité de longueur d’onde que toute autre source de lumière conventionnelle, et devrait avoir une intensité suffisante pour permettre aux scientifiques d’acquérir une image fluorescente bidimensionnelle complète en une seule impulsion du laser.

“Le laser Raman aléatoire est différent de toute autre source de lumière laser existante. Nous avons découvert que l’émission laser Raman aléatoire présente un faible niveau de cohérence spatiale. L’émission peut être utilisée pour produire une image de qualité sans speckle à grand champ avec un temps d’impulsion de l’ordre de la nanoseconde”, explique Hokr.

“Cette nouvelle source lumineuse brillante, rapide, à bande étroite et à faible cohérence ouvre la porte à de nombreuses nouvelles applications passionnantes en bio-imagerie, telles que la microscopie à grande vitesse et à grand champ.”

Hokr et ses collègues de l’université Baylor, de TASC Inc, de Nanohmics, Inc. et du laboratoire de recherche de l’armée de l’air américaine, ont effectué la première mesure de cohérence spatiale du laser Raman aléatoire de deux manières : tout d’abord en utilisant un montage classique connu sous le nom d’expérience de la double fente de Young.

Du sulfate de baryum a été pompé avec des impulsions laser de 530 microjoules et 50 picosecondes pour générer un effet laser aléatoire qui a ensuite traversé une double fente, et l’équipe a capturé des images des motifs d’interférence.

Les chercheurs ont observé que ces motifs d’interférence étaient à peine discernables, indiquant un très faible degré de cohérence spatiale.

Pour quantifier davantage la cohérence spatiale globale, les scientifiques ont mesuré ce que l’on appelle le rapport de contraste de speckle, qui évalue les propriétés statistiques de l’émission.

Ces mesures ont permis de confirmer la présence d’un faible niveau de cohérence.

Pour démontrer davantage que cette faible cohérence conduit réellement à une image sans chatoiement, ils ont produit une image microscopique pleine image, sans chatoiement, montrant la formation d’une bulle de cavitation à partir de mélanosomes à partir d’une impulsion laser de plusieurs nanosecondes à un rayonnement de 1 064 nanomètres.

Les résultats seront présentés le 12 mai à la conférence CLEO 2015 : Conférence sur les lasers et l’électro-optique. à San Jose, en Californie.

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