(a) Disposition schématique du microscope à fluorescence développé qui intègre le nouveau module AO composé de deux DPP en cascade. (b) Vue détaillée de la coupe transversale des DPP en cascade. Le premier DPP est optimisé pour corriger les aberrations de basse fréquence spatiale de la lumière avec de grandes amplitudes, et le second est optimisé pour la correction des hautes fréquences (similaire aux systèmes de woofer/tweeter dans les haut-parleurs haute fidélité). (c) Images capturées expérimentalement de micro-billes fluorescentes avec et sans correction d'aberration à l'aide du module AO développé. Crédit :SPIE
La microscopie est le cheval de bataille de la recherche contemporaine en sciences de la vie, permettant une inspection morphologique et chimique des tissus vivants avec une résolution spatiale et temporelle toujours croissante. Même si les microscopes modernes sont de véritables merveilles d'ingénierie, des écarts minimes par rapport aux conditions d'imagerie idéales entraîneront toujours des aberrations optiques qui dégradent rapidement la qualité de l'imagerie. Une inadéquation entre les indices de réfraction de l'échantillon et de son milieu d'immersion, écarts d'épaisseur des porte-échantillons ou des lamelles, les effets du vieillissement sur l'instrument - de telles déviations peuvent se manifester sous la forme d'aberrations sphériques et d'erreurs de mise au point. Aussi, en particulier pour l'imagerie des tissus profonds, un outil essentiel dans la recherche en neurobiologie, un indice de réfraction non homogène de l'échantillon et sa forme de surface complexe peuvent conduire à des aberrations supplémentaires d'ordre supérieur.
Microscopie optique adaptative
Optique adaptative (AO), une technique de correction d'image d'abord utilisée dans les télescopes astronomiques pour compenser les effets de la turbulence atmosphérique, est la méthode de pointe pour corriger dynamiquement les aberrations induites par l'échantillon et le système dans un système de microscopie. Un système AO typique dispose d'un élément optique à changement de forme qui peut reproduire l'inverse de l'erreur de front d'onde présente dans le système. Prenant couramment la forme soit d'un miroir déformable, soit d'un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides, les limitations de cet élément définissent la qualité de la correction d'aberration réalisable et donc l'applicabilité généralisée de la microscopie AO.
Comme indiqué dans Photonique avancée , chercheurs de l'Université de Fribourg, Allemagne, ont fait une avancée significative en microscopie AO grâce à la démonstration d'un nouveau module AO comprenant deux plaques de phase déformables (DPP). Contrairement aux miroirs déformables, le système DPP est un modulateur de front d'onde fonctionnant en transmission, permettant l'intégration directe de l'AO avec les microscopes existants. Dans cette configuration AO, similaire aux haut-parleurs haute fidélité avec woofer et tweeter séparés, l'un des modulateurs optiques est optimisé pour les aberrations de fréquences spatiales basses, tandis que le second est utilisé pour la correction des hautes fréquences.
Modulateurs de phase optofluidiques en cascade pour l'amélioration des performances en optique adaptative réfractive. Crédit :SPIE
Modulation en cascade
Un défi majeur pour un système AO avec plusieurs modulateurs de phase est de savoir comment les placer sur des positions optiquement équivalentes (conjuguées), nécessitant souvent plusieurs composants optiques supplémentaires pour relayer l'image jusqu'à ce qu'elle atteigne le détecteur. Par conséquent, configurer même deux modulateurs dans un système AO est très difficile. Étant donné que les DPP sont <1 mm d'épaisseur, la mise en cascade de deux modulateurs ou plus à une proximité acceptable devient sensiblement plus pratique. L'équipe de Fribourg a également développé une nouvelle méthode pour contrôler de manière optimale les modulateurs à phases multiples quelles que soient leurs spécifications individuelles, permettant potentiellement la mise en cascade de beaucoup plus d'appareils pour une portée et une fidélité accrues.
Pour démontrer ses performances, l'équipe a intégré son nouveau système AO dans un microscope à fluorescence sur mesure, où les aberrations induites par l'échantillon sont estimées de manière itérative sans capteur de front d'onde. Des expériences d'imagerie sur des échantillons synthétiques ont démontré que le nouveau système AO non seulement double la plage de correction d'aberration, mais améliore également considérablement la qualité de la correction. Le travail démontre que des schémas de correction d'aberration plus avancés, telles que l'optique adaptative multi-conjuguée, peut être mis en œuvre aussi facilement et avec des méthodes de contrôle nouvelles et plus avancées.
