KNOXVILLE, TN, 1 mars 2025 /24-7PressRelease/ -- La combinaison d'imagerie en champ lumineux et d'imagerie améliorée par bord offre une avenue efficace pour extraire des informations morphologiques complexes des objets, ce qui est particulièrement bénéfique pour l'imagerie biologique. Dans ce but, des scientifiques en Chine ont développé un méta-lentille Huygens non local avec un facteur de qualité élevé, permettant une fonctionnalité de multiplexage pour l'imagerie en champ lumineux et l'imagerie améliorée par bord en contrôlant les états de spin de sortie. Ce travail fournit un cadre polyvalent pour des métasurfaces non locales, renforçant les applications d'imagerie et de détection biomédicales nécessitant une spécificité de longueur d'onde précise.

L'imagerie en champ lumineux et l'imagerie améliorée par bord peuvent fournir des informations morphologiques d'objets d'amplitude et de phase. La combinaison de ces deux techniques d'imagerie facilite la visualisation détaillée de structures complexes, telles que les tissus biologiques et les cellules. Les méta-lentilles de multiplexage présentent des candidats prometteurs pour atteindre cette fonctionnalité. Cependant, les solutions existantes reposent sur des réponses locales à large bande, qui manquent de modulation efficace des réponses spectrales à bande étroite. Cette limitation peut dégrader la qualité de l'imagerie en raison du couplage entre différentes longueurs d'onde sous une illumination à large spectre, en particulier dans des échantillons biomédicaux nécessitant une longueur d'onde d'excitation spécifique.

Dans un article (doi: https://doi.org/10.1038/s41377-024-01728-3 ) publié dans Light Science & Applications, une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Din Ping Tsai du Département de génie électrique, de l'Université de la Ville de Hong Kong, Kowloon, Hong Kong SAR, Chine, et ses collaborateurs, ont expérimentalement démontré un méta-lentille à facteur de qualité élevé (facteur Q élevé) de multiplexage de spin pour une imagerie simultanée en champ lumineux et une détection des contours dans la région infrarouge proche. La méta-lentille Huygens non locale proposée se compose d'unités résonantes intégrées en forme de croissant de silice sur un substrat de silice. En introduisant une asymétrie dans l'espace paramétrique dans le plan, l'état quasi-limite protégé par la symétrie dans le continuum (q-BIC) est excité, atteignant un facteur Q élevé de 90 et une dépendance notable à l'angle d'incidence. L'interaction de type Fano entre les q-BIC et la résonance de dipôle magnétique de type Mie dans le plan donne ensuite lieu à la condition de Kerker généralisée, atteignant un pic de conversion de polarisation de transmission TRL avec une efficacité allant jusqu'à 65%, accompagnée d'une phase géométrique robuste par rapport à l'angle de rotation des unités résonantes intégrées. La polarisation de sortie non convertie TRR montre un creux de transmission possédant une faible valeur sans la phase géométrique, dépassant la limite théorique des métasurfaces non locales traditionnelles. Ces deux états de spin de sortie sont utilisés de manière appropriée pour l'imagerie en champ lumineux basée sur le contrôle de phase de mise au point et la détection des contours à travers le filtrage de fréquence spatiale, respectivement, avec des propriétés sélectives en longueur d'onde. Cette approche garantit une interférence minimale d'autres longueurs d'onde, améliorant ainsi l'exactitude et la fiabilité des processus d'imagerie et de détection.

Ces scientifiques résument le principe opérationnel de leur méta-lentille :

"Nous visons simultanément un facteur Q élevé et des fonctions doubles : (1) l'imagerie en champ lumineux, nécessitant un pic de conversion de polarisation de transmission TRL avec une phase géométrique qui reste robuste à la rotation des unités résonantes intégrées; et (2) l'imagerie améliorée par bord, nécessitant une polarisation de sortie non convertie TRR avec un creux de transmission de faible valeur, sans phase géométrique, et une forte dépendance à l'angle d'incidence entraînée par des effets non locaux. Pour y parvenir, les q-BIC protégés par la symétrie sont excités, et leur interaction de type Fano avec les résonances de dipôle magnétique de type Mie dans le plan établit la condition de Kerker généralisée, dépassant les limitations théoriques des métasurfaces non locales traditionnelles."

"Bénéficiant de ces effets, la mise au point sélective en longueur d'onde et l'imagerie en champ lumineux ont démontré une efficacité augmentée d'au moins dix fois à la longueur d'onde résonante par rapport à celle non résonante. La qualité de l'imagerie est également améliorée par la manipulation de l'effet non local. L'autre état de spin de sortie est utilisé pour l'imagerie améliorée par bord, capable de résoudre des objets à l'échelle micrométrique," ont-ils ajouté.

"La méta-lentille Huygens non locale proposée ouvre la voie à un façonnage performant des fronts d'onde et un traitement d'image à fort facteur Q. L'imagerie à multiplexage de spin avec des propriétés sélectives en longueur d'onde promet des applications pratiques dans l'imagerie biomédicale complexe, la détection et la microscopie," prévoient les scientifiques.

Références
DOI
10.1038/s41377-024-01728-3

URL de la source originale
https://doi.org/10.1038/s41377-024-01728-3

Informations sur le financement
Ce travail est soutenu par le Comité des subventions universitaires / Conseil des subventions de recherche de la Région Administrative Spéciale de Hong Kong, Chine [Numéro de projet AoE/P-502/20, Projet CRF : C1015-21E; C5031-22G, Projet GRF : CityU15303521; CityU11305223; CityU11300224, et le Schéma de recherche conjointe Allemagne/Hong Kong : G-CityU 101/22], l'Université de la Ville de Hong Kong [Numéro de projet 9380131 et 7005867], et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine [Numéro de subvention 62375232]. S.X. reconnaît le soutien financier du Programme national clé de R&D de la Chine (Numéros de subvention 2021YFA1400802), de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (Numéros de subvention 62125501 et 6233000076), des Fonds de recherche fondamentaux pour les universités centrales (Numéro de subvention 2022FRRK030004), et des Projets de recherche fondamentale de Shenzhen (Numéros de subvention JCYJ20220818102218040).

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