Des chercheurs de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) ont franchi une étape importante dans la technologie de l’imagerie optique. Un nouvel imageur de champ complexe entièrement optique a été développé, capable de capturer à la fois les informations d’amplitude et de phase des champs optiques sans avoir recours à un traitement numérique.
Cette innovation promet de révolutionner divers domaines, notamment l’imagerie biomédicale, la sécurité, la détection et la science des matériaux. Le travail est publié dans la revue Lumière : science et applications.
Un changement de paradigme en imagerie
Les technologies d’imagerie optique traditionnelles s’appuient sur des capteurs basés sur l’intensité qui ne peuvent capturer que l’amplitude de la lumière, laissant de côté les informations cruciales sur la phase. Les informations de phase fournissent des informations sur les propriétés structurelles telles que les distributions d’absorption et d’indice de réfraction, qui sont essentielles pour une analyse détaillée des échantillons.
Les méthodes actuelles pour capturer les informations de phase impliquent des systèmes interférométriques ou holographiques complexes complétés par des algorithmes itératifs de récupération de phase, ce qui entraîne une complexité matérielle et une demande de calcul accrues.
Une équipe de l’UCLA, dirigée par le professeur Aydogan Ozcan, a développé un nouvel imageur de champ complexe qui surmonte ces limitations. Ce dispositif innovant utilise une série de surfaces diffractives optimisées pour l’apprentissage en profondeur pour moduler les champs complexes entrants. Ces surfaces créent deux canaux d’imagerie indépendants qui transforment l’amplitude et la phase des champs d’entrée en distributions d’intensité sur le plan du capteur. Cette approche élimine le besoin d’algorithmes de reconstruction numérique, simplifiant ainsi considérablement le processus d’imagerie.
Le nouvel imageur de champ complexe se compose de surfaces diffractives conçues spatialement et disposées pour effectuer des transformations d’amplitude en amplitude et de phase en intensité. Ces transformations permettent à l’appareil de mesurer directement les profils d’amplitude et de phase des champs complexes d’entrée. La conception optique compacte de l’imageur couvre environ 100 longueurs d’onde axialement, ce qui le rend hautement intégrable dans les systèmes optiques existants.
Les chercheurs ont validé leurs conceptions grâce à des prototypes imprimés en 3D fonctionnant dans le spectre térahertz. Les résultats expérimentaux ont montré un haut degré de précision, les images des canaux d’amplitude et de phase de sortie correspondant étroitement aux simulations numériques. Cette démonstration de validation de principe met en évidence le potentiel de cet imageur de terrain complexe pour des applications réelles.
Applications et perspectives d’avenir
Cette percée dans la technologie d’imagerie de champ complexe ouvre une large gamme d’applications. Dans le domaine biomédical, l’imageur peut être utilisé pour l’imagerie non invasive en temps réel des tissus et des cellules, fournissant ainsi des informations essentielles lors des procédures médicales. Sa conception compacte et efficace le rend adapté à l’intégration dans des dispositifs endoscopiques et des microscopes miniatures, ce qui pourrait potentiellement faire progresser les diagnostics sur le lieu d’intervention et l’imagerie peropératoire.
Dans le domaine de la surveillance environnementale, l’imageur peut faciliter le développement de capteurs portables de type laboratoire sur puce pour une détection rapide des micro-organismes et des polluants. Sa portabilité et sa facilité d’utilisation en font un outil idéal pour l’analyse quantitative sur site, rationalisant ainsi le processus d’évaluation environnementale.
L’imageur de champ complexe est également prometteur pour les applications industrielles, où il peut être utilisé pour l’inspection rapide des matériaux. Sa capacité à capturer des informations structurelles détaillées sans avoir recours à un équipement encombrant ou à des ressources informatiques étendues en fait un atout précieux en matière de contrôle qualité et d’analyse des matériaux.
Le développement de l’imageur de champ complexe entièrement optique représente une avancée significative dans le domaine de l’imagerie optique. En permettant la capture directe des informations d’amplitude et de phase sans traitement numérique, cette technologie simplifie le processus d’imagerie et élargit la portée des applications potentielles. À mesure que l’équipe de recherche continue d’affiner et de développer ses conceptions, l’impact de cette innovation devrait croître, offrant de nouvelles opportunités pour la recherche scientifique et des applications pratiques dans divers domaines.
Plus d’information:
Jingxi Li et al, Imagerie de champ complexe entièrement optique utilisant des processeurs diffractifs, Lumière : science et applications (2024). DOI : 10.1038/s41377-024-01482-6