�Ministère de l’Education Nationale République du Mali �**************************** ****************�Ecole Normale Supérieure de Bamako Un Peuple-Un But-Une Foi�******************************* **********************�
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EXPOSE DE CRISTALLOGRAPHIE
THEME : Microscopie en champ proche
Préparé par : El-Hadj DICKO
Professeur : Dr. DIARRA Mamadou M.�
Introduction et historique
Les travaux de Rayleigh et Abbe, réalisés au XIXe siècle, mettent en évidence une limite de résolution latérale que les systèmes optiques conventionnels ne peuvent dépasser. L’existence de cette limite s’explique par le fait que le phénomène de propagation dans l’espace libre agit comme un filtre passe-bas pour les fréquences spatiales.
Si on observe un objet, avec une lumière ayant une longueur d’onde donnée, seules les informations sur les détails de taille supérieure à la demi-longueur d’onde, correspondant aux basses fréquences spatiales, peuvent se propager. Les informations contenues dans les hautes fréquences spatiales de l’objet ne se propagent pas et restent confinées au voisinage de l’objet, dans la zone de champ proche optique.
L’amplitude du champ proche décroît exponentiellement lorsque l’on s’´eloigne de l’objet avec un taux d’amortissement qui dépend de la longueur d’onde et de la taille de l’objet. Cette distance peut être tr`es inférieure à la demi-longueur d’onde. Les microscopes en champ proche optique sont conçus pour collecter les informations dans le champ proche de l’objet.
Ils ouvrent une voie particulièrement intéressante pour l’´etude des composants photoniques présentant des détails de taille inférieure à la longueur d’onde.
Ernst Abbe au milieu du 19ème siècle, met en évidence la limite de résolution et l’importance de l’ouverture numérique en microscopie optique classique: d = 1,22× λ/2nsinθ�
λ : la longueur d’onde;� n : l’indice du milieu;� θ : demi angle d’ouverture de l’objectif du microscope; �nsinθ : ouverture numérique du système imageur; �d : distance entre le maximum et le premier minimum de la figure de diffraction de la pupille d’entrée circulaire du système.
Principe de la microscopie en champ proche
La microscopie optique en champ proche s’inspire de l’expérience de frustration du champ évanescent de Newton. Pour atteindre une bonne résolution, placer une sonde proche de l’objet pour frustrer le champ évanescent n’est cependant pas suffisant. La taille de la sonde est aussi importante. Schématiquement, si deux objets sont séparés d’une distance inférieure à la taille de la sonde, les champs évanescent li´es `a ces deux objets seront frustrés en même temps et la résolution du microscope ne sera alors pas suffisante pour les discerner.�
La résolution du microscope est directement reliée à la taille du convertisseur que nous appellerons sonde. D’autre part, nous avons vu que les informations les plus fines correspondent aux ondes évanescentes qui s’atténuent très rapidement.
Ainsi, plus la résolution désirée est grande et plus il faudra placer la sonde proche de l’objet. Pour illustrer les conditions sur la résolution en microscopie optique en champ proche, l’approche proposée par Vigoureux est développée ici avec des ordres de grandeurs qui correspondent à nos objets.
Devant les deux fentes présentées précédemment est placée une troisième fente, infinie en y, mobile en x, de largeur 2L, à une distance << λ du plan z=0. Les deux fentes dans le plan z=0 représentent l’objet et la troisième fente sert de convertisseur d’ondes évanescentes et peut simuler, dans une première approximation, une sonde de microscope. Cette approche permet, grâce à un calcul assez simple, de comprendre l’intérêt de l’utilisation d’une sonde en champ proche pour dépasser la limite de résolution.
Centre d’intérêt
Il existe de nombreux exemples d’applications de la microscopie optique en champ proche en biologie et biochimie, que ce soit dans l’analyse bio-moléculaire, l’étude de la fluorescence d’échantillons biologiques, de propriétés des protéines ou encore la détection de molécule unique.
Le couplage entre la spectroscopie Raman et le champ proche optique se développe également depuis une dizaine d’années. De nombreux travaux de champ proche optique se sont également portés sur la spectroscopie de matériaux semi-conducteurs nanostructurés.
La première expérience reportée dans ce domaine consistait à étudier les recombinaisons excitoniques dans un puits quantique, étude reprise sur des structures de plus basse dimensionnalité : fils quantiques, boites quantiques. La cartographie de champ et la mesure du champ électromagnétique confiné permettent l’étude et l’imagerie de plasmons de surface et la cartographie des modes d’un guide.
La localisation du champ électromagnétique permet également l’utilisation de la microscopie optique en champ proche en nano-photolithographie. Notons que cette liste d’applications de la microscopie optique en champ proche ne saurait être exhaustive.
Merci
pour votre aimable attention