SUper-Résolution par MIcroscopie Tomographique Optique – SURMITO

Une approche mathématique et une approche basée sur la théorie de l'estimation seront utilisées pour étudier le lien entre le phénomène physique (diffraction) qui est à l'origine du signal accessible à la mesure et l'image reconstruite à partir des données enregistrées. Le rôle de la diffusion multiple dans l'amélioration et/ou la dégradation des images sera étudié avec une double approche théorique/expérimentale.

Des premiers résultats ont été obtenus pour la profilométrie optique. Le travail théorique est en cours. L'expérience est en cours de montage.

Le projet doit permettre de développer et de mettre au point une nouvelle technique de microscopie optique quantitative fonctionnant sur des concepts nouveaux en imagerie optique. Il s'agira d'utiliser les fondements théoriques de cette technique afin d'obtenir, à une résolution très largement sub-longueur d'onde, les paramètres opto-géométriques (forme, distribution d'indice) de nanocomposants.
Le microscope tomographique optique permettra de caractériser des nano-objets (nano-sphères métalliques, des nanocircuits pour la microélectronique, de caractériser des échantillons optiques soumis à de très forts flux) de manière quantitative avec une précision d'un ordre de grandeur meilleure que celle des microscopes optiques classiques.

Une publication a été soumise à la revue Physical Review Letters en avril 2013. Une présentation a été faite au congrès annuel Focus on Microscopy (Maastricht, Pays-Bas) en mars 2013..

Ce projet vise à développer et étudier un système d’imagerie optique tirant profit de la diffusion multiple. L’objectif est d’obtenir des images quantitatives tridimensionnelles présentant des résolutions nanométriques bien meilleures que celles des microscopes optiques actuels. Nous considérons un Microscope Optique Tomographique Digital dont le principe consiste à reconstruire numériquement la carte de permittivité de l'échantillon à partir de plusieurs hologrammes obtenus sous diverses incidences. En régime de diffusion multiple, l’hologramme n’est plus relié linéairement à la carte de permittivité et il dépend, de manière complexe, de toutes les fréquences spatiales de l’échantillon. On peut ainsi envisager d’obtenir une résolution bien meilleure que celle établie sous l’hypothèse d’imagerie linéaire. Dans une première partie, nous développerons des approches mathématiques utilisant la décomposition en valeurs singulières et la théorie de l’estimation afin d’analyser la quantité d’information exploitable contenue dans les hologrammes en régime de diffusion multiple. Ce travail, qui mènera à l’établissement de la notion de résolution pour un système d’imagerie reposant sur un processus non-linéaire, nous permettra d’optimiser le maillage de nos méthodes de reconstruction et la configuration expérimentale. Dans une seconde partie, nous mettrons en œuvre l’étude théorique en développant un dispositif expérimental et des échantillons dédiés. Nous proposerons plusieurs techniques d'inversion permettant d’extraire, de manière itérative, les informations provenant du mécanisme de diffraction multiple et évaluerons leurs performances. L'intérêt d'utiliser des informations a priori dans l'inversion sera également évalué. Le projet aborde des aspects à la fois fondamentaux sur la formation des images en présence de phénomènes de diffusion multiple, des développements numériques pour la reconstruction des objets, des développements technologiques pour la réalisation d'échantillons calibrés et enfin des aspects instrumentaux pour le développement d'un microscope tomographique fonctionnant sur des concepts nouveaux en optique. Les partenaires du projet, l'Institut Fresnel, le LPMA, le L2S et le LPN, dont les domaines d'expertise sont complémentaires, aborderont ici des problèmes de physique avec des approches originales et en rupture avec les méthodes utilisées jusqu'ici dans le domaine de l'imagerie optique.