En microscopie biologique et en imagerie aux rayons X, de nombreux objets ou structures transparents sont difficiles à observer. En raison de leur faible absorption de la lumière, les mesures d'intensité habituelles ne fonctionnent pas. Au lieu, les informations structurelles sont principalement véhiculées par les différents changements de phase de la lumière lorsqu'elle se propage à travers différentes parties d'un objet.

Zernike a inventé la microscopie à contraste de phase pour rendre visibles les objets transparents, recevant le prix Nobel de physique en 1953. Plus tard, pour améliorer encore le contraste, une méthode connue sous le nom d'imagerie par contraste interférentiel différentiel a été développée pour transférer quantitativement les changements de phase en intensités, fournir des informations sur le chemin optique rencontré par la lumière lors de sa propagation à travers un objet - son épaisseur optique. Des méthodes basées sur des configurations d'interférence ou des dispositifs à nanostructure ont également été démontrées. Cependant, les méthodes actuelles reposent sur des configurations complexes, entraînant des difficultés d'alignement et de réglage optique.

Calcul optique de la différenciation spatiale :au-delà de la détection des contours

Une solution à ces difficultés peut être trouvée dans le calcul optique de la différenciation spatiale pour les champs électriques de la lumière incidente, considérer la lumière comme une onde électromagnétique. Jusque là, l'application a été limitée à la détection des contours où elle peut améliorer le contraste des contours des objets transparents. Cependant, il n'a pas résolu la difficulté de la récupération quantitative de la distribution des phases. Récemment, une équipe de chercheurs dirigée par Zhichao Ruan à l'Université du Zhejiang a développé une différenciation spatiale ajustable pour caractériser et récupérer quantitativement la distribution de phase.

Le groupe de Ruan démontre qu'un schéma simple - en ajustant les polariseurs - peut calculer optiquement la différenciation spatiale du champ lumineux incident le long de différentes directions. Ils ont également amélioré le contraste en ajustant un fond constant uniforme comme biais, créer une source de lumière virtuelle qui projette une ombre sur les images mesurées. Sur la base de cette approche biaisée, ils peuvent distinguer les augmentations et les diminutions de phase dans la distribution du champ lumineux et quantifier l'épaisseur optique des objets observés avec un degré élevé de précision (à moins de 0,05 λ).

La méthode est simple, souple, et beaucoup moins cher que les méthodes actuelles. Il contourne la fabrication de structures complexes, ainsi que des difficultés d'alignement et de réglage optique. Peut-être le plus important, la méthode proposée est indépendante de la longueur d'onde de la lumière et peut ouvrir de nouvelles voies pour quantifier la phase en imagerie aux rayons X ou en microscopie électronique.