SOURCE LASER ACCORDABLE |  SURVOL

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SOURCE LASER ACCORDABLE DE PHOTON ETC

un outil versatile pour la caractérisation de pointe

La variété des sources de lumière accordables que l'on peut trouver peut sembler infinie, mais en essayant de choisir celle convenant à une certaine application, les limites de chaque technologie deviennent apparentes. Les paramètres à prendre en considération peuvent également être une source de confusion. Dans cette perspective, nous avons rassemblé ci-dessous une liste d'applications réelles afin de montrer comment la source de lumière accordable polyvalente développée par Photon etc. peut être utile.

L'idée de base derriere la source laser accordable (TLS - Tunable Laser Source) est d'utiliser la technologie brevetée de filtrage optique à base de réseaux de Bragg en volume pour sélectionner une longueur d'onde d'une source supercontinuum, aussi connu comme un laser blanc. Ces sources de lumière pulsée sont aujourd'hui un outil commun pour diverses applications (e.g. la cytométrie en flux) , mais dans de nombreux cas, seule une petite partie de la lumière émise est nécessaire, d'où l'utilisation d'un filtre accordable.

Le filtre laser accordable est un filtre passe-bande résonnant qui, dans une certaine configuration,  permet la sélection d'une partie de la sortie du supercontinuum sans affecter sa polarisation. Contrairement à d'autres filtres disponibles sur le marché, il combine une très haute isolation (jusqu'à 60dB ou OD6) et une large accordabilité (400-1000 nm ou 1000-2300 nm avec des bandes passantes (FWHM) de 2,5 nm et 5 nm respectivement). En outre, l'excellente stabilité de pointage du faisceau filtré permet un couplage efficace à la fois dans des fibres monomode ou multimode.

Voici quelques applications ciblées bénéficiant de cette source accordable:

Détection de cellules cancéreuses grâce à des nanoparticules d'or  1

Les nanoparticules plasmoniques d'or sont largement utilisées en tant que biomarqueurs et sont des candidats viables pour une variété d'autres applications biologiques. Cependant, il a été prouvé que leur petite taille et l'environnement complexe dans lequel ils se trouvent rendent leur observation et leur caractérisation difficile. Afin de répondre à cette problématique, Patskovsky et al. [1] ont utilisé un microscope hyperspectral en champ sombre dans une configuration de rétrodiffusion en remplaçant l'éclairage habituel de lumière blanche par une source laser accordable. Avec ce montage, le groupe de chercheurs a réussi à balayer la source sur la plage spectrale 400 nm à 1000 nm. La vaste gamme de longueurs d'onde et la puissance de sortie élevée de la source étaient des paramètres essentiels de cette étude. Les chercheurs pouvaient en effet suivre ainsi la position spatiale et la distribution le long de l'axe des z des nanoparticules ciblant CD44, un récepteur de surface cellulaire exprimé activement dans les cellules souches cancéreuses. L'imagerie hyperspectrale mise en place peut également être utile dans un large éventail d'applications biologiques nécessitant une combinaison de l'information spatiale et spectrale.

Tester le coronographe de l'imageur planétaire Gemini 2

L'imageur planétaire Gemini (GPI) est un instrument astronomique conçu pour détecter des planètes géantes de système d'étoiles à proximité du système solaire. Le GPI utilise un coronographe afin d'éliminer 99% de la lumière cohérente des étoiles. Avant d'envoyer le GPI au téléscope Gemini Sud (situé dans les Andes chiliennes), il était crucial de tester le coronographe en reproduisant les conditions expérimentales dans lesquelles il allait être employé. La source de lumière nécessaire pour mesurer ses performances devait être presque achromatique, accordable dans le domaine de longueur d'onde du GPI (0,95-2,4 μm), en plus d'être puissante et collimatée. La plupart des sources de lumière répondaient à une ou deux de ces exigences, mais seule la source laser accordable de Photon etc. combinait les trois. La vaste gamme spectrale et la puissance de sortie élevée de la TLS ont été exploitées pour des mesures de sensibilité de l'imageur, ce qui a permis de déterminer que sur la gamme de longueur d'onde la plus efficace de l'imageur, il est possible de détecter une planète à peine plus massive que Jupiter tournant autour d'une jeune (100 miilions d'années) étoile semblable au Soleil.

Thermopile de nanotubes à paroi simple 3

La TLS de Photon etc. est également un outil puissant pour la caractérisation de nanomatériaux à base de carbone. St-Antoine et al. [3] ont utilisé cette technologie pour mesurer la réponse spectrale du photovoltage d'une thermopile de nanotubes de carbone monoparoi. Elle a également été utilisé pour l'acquisition de spectres d'absorption. La source de lumière a ouvert la possibilité d'étudier la dépendance en longueur d'onde de l'appareil des chercheurs, particulièrement dans les gammes visible et proche infrarouge (500 nm à 1800 nm). La combinaison de la puissance élevée et de la faible largeur de bande (FWHM ~ 2 nm) était parfaitement adaptée à la caractérisation fine des nanotubes à paroi simple. En plus des exigences ci-dessus, la source offre la possibilité d'un couplage hautement efficace dans des fibres pour permettre l'illumination d'un échantillon dans une chambre à vide.

Cartographie de l'efficacité quantique externe de cellules solaires 4

Dans la course vers la meilleure efficacité de conversion photon-électron dans les cellules solaires, une compréhension rigoureuse de leurs propriétés électroniques fondamentales est primordiale. C'est dans cet esprit que Lombez et al. [4] ont étudié les variations spatiales de la réponse spectrale de cellules solaires CuInGa(S, Se)2. Dans cette étude, la TLS de Photon etc. a servi de source d'illumination pour les mesures de courant induit par faisceau lumineux (LBIC) à différentes longueurs d'onde d'excitation. L'expérience LBIC a permis une estimation de l'efficacité quantique externe (EQE) à différentes positions de l'échantillon. Les mesures LBIC effectuées sur suffisamment de points ont permis la reconstruction d'une cartographie de l'EQE. Pour mener à bien cette expérience, la source d'éclairage devait à la fois couvrir une large gamme spectrale et avoir une puissance de sortie élevée en plus d'être émise à même un source ponctuelle limitée par la diffraction afin d'obtenir la meilleure résolution spatiale. En raison de toutes ces exigences, la TLS de Photon etc. a été choisie pour exciter l'échantillon.

L'imagerie hyperspectrale au service du diagnostic précoce des maladies de l'oeil

En termes d'impact sur la société, l'une des applications les plus prometteuses de cette technologie est l'imagerie de la rétine. Afin de permettre à cette technologie d'atteindre son plein potentiel, Optina Diagnostics à été fondée et a lancé la caméra hyperspectrale métabolique rétinienne (CHMR), un imageur hyperspectral rétinien à contraste élevé fondée sur la TLS de Photon etc. Cette dernière fournit une illumination fibrée sur une large gamme spectrale (400-1000 nm) avec une faible largeur de bande (FWHM~2 nm) et une isolation exceptionnelle (70dB ou OD7). Ces exigences sont essentielles pour obtenir un éclairage efficace de la rétine entière. L'imagerie hyperspectrale permet l'identification du contenu moléculaire de chacun des points de la rétine. L'objectif de l'instrument est de détecter les premiers signes d'anomalies rétiniennes menant à la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA), minimisant ainsi la possible perte de la vision.

Les propriétés mécaniques de mélange de polypropylènes 5

Pour améliorer la caractérisation des propriétés mécaniques des polymères solides, Chaudemanche et al. [5] ont développé une nouvelle procédure expérimentale couplant la spectroscopie Raman à un système appelé VideoTraction. Dans une publication récente, ils ont analysé les micromécanismes de déformations dans différents mélanges de polypropylène. Pour mener à bien ce projet, ils ont effectué des essais mécaniques, aussi appellés tests de tension, au cours desquels ils ont observé l'évolution de l'intensité intégrée du signal Raman. Afin d'extraire de l'information des données Raman, ils ont mis en œuvre une expérience de transport de lumière non cohérente et déterminé la turbidité du polymère en fonction du stress. Puis, la source de lumière a été concentrée sur un échantillon trouble et une caméra CCD a recueilli le halo de lumière rétrodiffusée provenant de la surface de l'échantillon. La stabilité de pointage élevée, la faible largeur de bande et la large gamme spectrale étaient toutes des exigences nécessaires à la réussite de cette expérience. Enfin, l'isolation élevée (70dB ou OD7) a été exploitée en permettant de sonder la lumière diffuse avec exactement la même longueur d'onde qui avait été utilisée pour les mesures Raman.

APPLICATIONS DE LA SOURCE LASER ACCORDABLE

  • Photoluminescence (PL)

  • Photoluminescence d'excitation (PLE)

  • Mesures de refléxion/transmission

  • Imagerie hyperspectrale

  • Photovoltaïque

  • Photochimie

  • Expérience pompe-sonde à l'état d'équilibre

  • Spectroscopie de fluorescence

  • Calibration de détecteurs

  • Photobiologie

  • Simulateurs solaires

  • Photo-activation

RÉFÉRENCES

[1] Sergiy Patskovsky, Eric Bergeron, David Rioux, and Michel Meunier, Hyperspectral darkfield microscopy of PEGylated gold nanoparticles targeting CD44-expressing cancer cells, Biophotonics, 2013.

[2] Rémi Soummer, Anand Sivaramakrishnan, Ben R. Oppenheimer, Robin Roberts, Douglas Brenner, Alexis Carlotti, Laurent Pueyo, Bruce Macintosh, Brian Bauman, Les Saddlemyer, David Palmer, Darren Erickson, Christophe Dorrer, Kris Caputa, Christian Marois, Kent Wallace, Emily Griffiths, Jacob Mey, The Gemini Planet Imager coronagraph testbed, Proc. SPIE 7440, 2009.

[3] Benoit C. St-Antoine, David Ménard, and Richard Martel, Sigle-Walled. Carbon Nanotube Thermopile For Broadband Light Detection, Nano Letters, vol 11, 609-613, 2011.

[4] L. Lombez, D. Ory, M. Paire, A. Delamarre, G. El. Hajje, J. F. Guillemoles, Micrometric investigation of external quantum efficiency in microcrystalline CuInGa(S,Se)2 solar cells, Thin Solid Films, 2014.

[5] S. Chaudemanche, M. Ponçot, S. Adnré, A. Dahoun and P. Bourson, Evolution of the Raman backscattered intensity used to analyse the micromechanisms of deformation of various polypropylene blends in situ during a uniaxial tensile test, J. Raman Spectrosc. 2014.

Article écrit par Marc Verhaegen et Laura-Isabelle Dion-Bertrand

Marc Verhaegen, Ph.D.
Vice-président R&D
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Laura-Isabelle Dion-Bertrand, M. Sc.
Scientifique d'application
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