La récupération de phase optique et l’imagerie apparaissent dans une grande variété de domaines scientifiques, tels que l’imagerie d’échantillons biologiques quasi-transparents ou la caractérisation métrologique de nanostructures, par exemple, dans l’industrie des semi-conducteurs. A un niveau fondamental, la limite à la précision de l’imagerie dans les systèmes classiques vient de la fluctuation intrinsèque de la lumière d’éclairage, puisque les photons qui la composent sont émis de manière aléatoire par des sources conventionnelles et se comportent indépendamment les uns des autres.
La corrélation quantique dans les faisceaux lumineux, dans lesquels les photons montrent une certaine coopération, peut dépasser ces limites. Bien que l’avantage quantique obtenu dans l’estimation de phase par interférence de premier ordre soit bien compris, les schémas interférométriques ne conviennent pas à l’imagerie à champ large multiparamètre, nécessitant un balayage raster pour des échantillons étendus.
Dans un nouvel article publié dans Sciences de la lumière et applicationsune équipe de scientifiques du groupe d’optique quantique de l’Institut national italien de métrologie (INRiM), en Italie, et du groupe de recherche en optique du département de physique de l’imagerie, faculté des sciences appliquées de l’université de technologie de Delft, aux Pays-Bas, a développé une technologie exploiter les corrélations quantiques pour améliorer l’imagerie des profils de phase d’une manière non interférométrique.
Le schéma proposé peut être directement appliqué aux paramètres de microscopie à transmission à grand champ, pour obtenir une récupération de phase plein champ en temps réel, et il est intrinsèquement plus stable qu’une configuration interférométrique. L’amélioration de la sensibilité a le potentiel de récupérer plus d’informations à partir d’échantillons que ce qui est classiquement autorisé à une exposition fixe aux photons, ou de manière équivalente, à un temps de mesure fixe.
Les deux principaux ingrédients utilisés par les scientifiques sont la récupération de phase dite « de l’équation de transport d’intensité » (TIE), un algorithme bien exploré dans le domaine classique pour récupérer les informations de phase à partir de mesures directes d’intensité ; et paire de faisceaux lumineux enchevêtrés. Les corrélations quantiques entre les deux faisceaux sont si fortes qu’elles sont identiques au niveau du photon unique. Les chercheurs ont utilisé cette corrélation pour réduire les fluctuations de bruit intrinsèques de la lumière de sondage, obtenant une image plus nette et une estimation de phase plus précise.
« Les ressources quantiques telles que l’enchevêtrement et la compression se sont avérées utiles pour améliorer une variété d’applications de détection, telles que l’imagerie, l’estimation de phase interférométrique, la détection de cible et la télémétrie, entre autres. Notre proposition apporte une autre contribution à ce vaste panorama en montrant que le très bien – Le schéma classique de récupération de phase TIE étudié peut être considérablement amélioré en utilisant des corrélations quantiques aujourd’hui couramment disponibles dans les laboratoires, montrant un potentiel pour des applications à relativement court terme », ont fait remarquer les scientifiques.
Plus d’information:
Giuseppe Ortolano et al, Imagerie de phase quantitative non interférométrique améliorée par Quantum, Lumière : science et applications (2023). DOI : 10.1038/s41377-023-01215-1