Figure 1 :Principe de la méthode proposée pour une résolution super spectrale au-delà des limites de Nyquist des pixels. Crédit :Université d'Osaka
La spectroscopie est l'étude de l'interaction entre la lumière et la matière, offrant de nombreuses applications importantes dans des domaines allant de la science des matériaux à l'astronomie. Un objectif commun de la spectroscopie est d'améliorer la résolution spectroscopique pour fournir des informations plus détaillées sur les processus dynamiques. Les spectromètres multicanaux sont largement utilisés en spectroscopie car ils sont compacts, fort, et capturer des images à grande vitesse. Cependant, la résolution des spectromètres multicanaux est limitée. L'amélioration de cette résolution est actuellement limitée par l'impossibilité de réduire la largeur de la fente d'entrée à la taille du pixel; connue sous le nom de « limite de Nyquist en pixels ».
Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont récemment mis au point un moyen d'augmenter la résolution des spectromètres multicanaux au-delà de la limite de Nyquist en pixels à l'aide de motifs Moiré. Un motif moiré est un motif d'interférence créé entre deux motifs similaires qui se chevauchent avec un pas légèrement différent, déplacement, ou rotation.
"Nous avons utilisé l'effet Moiré pour améliorer la résolution spectrale dans un spectromètre multicanal, " dit Tsuyoshi Konishi, auteur principal du rapport récemment publié sur l'étude. "Cela nous a permis d'atteindre pour la première fois une résolution au-delà de la limite de pixel Nyquist dans un spectromètre multicanal."
Figure 2 :Démonstration de la super résolution spectrale (Résultats comparés (a) avec (b) sans la méthode proposée). Crédit :Université d'Osaka
L'équipe a créé l'effet Moiré dans un spectromètre multicanal commercial en utilisant une paire de matrices à fentes avec des périodes de 100 et 180 m positionnées à l'entrée et à la sortie du spectromètre. Le chevauchement des motifs de la paire de matrices de fentes a créé une frange de moiré. Le capteur d'image du spectromètre avait une limite de pixel Nyquist de 50 nm, la résolution devait donc être inférieure à cette valeur. La frange de moiré générée par le spectromètre modifié a pu résoudre un changement de longueur d'onde de seulement 0,31 nm, dépasser la limite de Nyquist en pixels. Cela signifie que la résolution spectrale du spectromètre a été améliorée d'un facteur de plus de dix par rapport à sa résolution d'origine de 4,63 nm.
L'approche a été testée en utilisant à la fois une source lumineuse à longueur d'onde unique et une source lumineuse polychromatique constituée de deux faisceaux laser de longueur d'onde différente. Dans les deux cas, la frange de moiré générée a fourni une résolution au-delà de la limite de pixel de Nyquist. Surtout, l'approche développée est simple et peut être adaptée à diverses situations.
"Le dépassement de la limite de Nyquist de pixels d'un spectromètre multicanal utilisant la frange de Moiré générée par une paire de matrices de fentes positionnées de manière appropriée devrait faciliter l'imagerie en super-résolution des processus dynamiques, " explique Konishi. " Nous envisageons de développer des spectromètres multicanaux à résolution spectrale variable sur la base de ce concept. "
Cette recherche représente une étape importante vers l'objectif de surveillance haute résolution en temps réel d'événements dynamiques dans des domaines allant de la biologie à l'astronomie.
