Tous ceux qui ont déjà pris une photo connaissent le problème: si vous voulez une image détaillée, vous avez besoin de beaucoup de lumière. En microscopie, cependant, trop de lumière est souvent nocive pour l'échantillon, par exemple, lors de l'imagerie des structures biologiques sensibles ou de l'étude des particules quantiques. L'objectif est donc de rassembler autant d'informations que possible sur l'objet sous observation avec une quantité donnée de lumière.
Dans une collaboration avec l'Université de Vienne et l'Université de Siegen (Allemagne), des chercheurs de Tu Wien ont maintenant développé une nouvelle astuce pour y parvenir: ils stockent la lumière dans un résonateur dans lequel l'échantillon est également situé. Cela leur permet d'obtenir un signal plus clair qu'avec d'autres méthodes. La technique a maintenant été présentée dans le journal Rapports scientifiques de la nature.
Meilleur signal à travers plusieurs diffusion de la lumière
« Dans un microscope normal, la lumière frappe une fois l'échantillon, puis entre dans une lentille », explique Maximilian Prüfer, qui a dirigé l'étude dans le cadre de sa bourse Esprit de la FWF à l'Atomic Research Institute of Tu Wien. « Au microscope, nous plaçons l'échantillon dans un résonateur optique – entre deux miroirs. »
Pour transformer ce résonateur en microscope, l'équipe a développé une configuration expérimentale inhabituelle avec des lentilles supplémentaires: après que le faisceau lumineux a traversé l'échantillon, il est guidé dans un cercle et frappe à nouveau l'échantillon.
« Maintenant, l'échantillon est à nouveau éclairé, mais pas avec un faisceau de lumière normal et uniforme comme au début, mais avec un faisceau de lumière qui contient déjà l'image de l'échantillon, pour ainsi dire », explique Oliver Lueghamer (Tu Wien), qui a construit le microscope dans le cadre de la thèse de son maître.
Semblable à un timbre qui est pressé plusieurs fois au même endroit, produisant une image clairement visible même avec de l'encre faible, l'image de l'échantillon devient de plus en plus claire car elle termine plusieurs tours au microscope.
Les deux calculs théoriques, qui ont été développés en collaboration avec Thomas Juffmann (Université de Vienne) et Stefan Nimrichter (Université de Siegen), et des expériences montrent que cette méthode fournit plus d'informations que d'autres techniques de microscopie à une intensité légère donnée.
« La figure clé est le rapport signal / bruit », explique Prüfer. « Ce rapport est meilleur ici qu'avec d'autres méthodes dues à une diffusion multiple avec la même perturbation de l'échantillon. »
Stable même avec des perturbations mineures
Cependant, l'aptitude pratique de la nouvelle méthode dépend également de la sensibilité aux perturbations: « Lors de l'utilisation de résonateurs optiques, comme nous le faisons, il est souvent important de garder leur longueur extrêmement constante », explique Prüfer.
« Normalement, vous devez faire un grand effort pour vous assurer que la distance entre les deux miroirs ne varie que le minimum, sinon l'effet souhaité est perdu. Avec notre méthode, cependant, ce n'est pas le cas. »
La distance entre les miroirs peut également montrer une certaine instabilité sans la disparition d'amélioration. « Cela est important car cela signifie que la méthode fonctionne non seulement en théorie, mais peut également être utilisée dans la pratique avec des efforts gérables », explique Prüfer.
L'un des objectifs de la nouvelle technique de microscopie est d'imaginer des condensats de Bose-Einstein ultra-froids et d'étudier ainsi leur comportement physique quantique.
