H/F Microscopie Raman cohérente en plein champ : application à l’imagerie des semiconducteurs

Missions :
L’Institut Fresnel a développé une technique d’imagerie Raman cohérente (CARS, pour Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) en champ large, utilisant des illuminations par speckle [1]. Cette technique emploie des lasers à basse cadence (environ 100 kHz) et à haute énergie (de l’ordre du microjoule) pour générer des illuminations aléatoires par speckle, tant pour les faisceaux pompe que Stokes. En faisant varier rapidement l’illumination par speckle du faisceau pompe, il devient possible de rendre la génération du signal CARS incohérente, ce qui permet d’obtenir une profondeur de champ comparable à celle des microscopes utilisant une lumière incohérente. Ainsi, cette approche autorise la réalisation d’images chimiques CARS à cadence vidéo sur des champs de vue dépassant 200 µm.
La technique peut également être étendue pour obtenir un sectionnement optique de quelques microns et une ultra-résolution optique (d’un facteur 2 par rapport à la limite de diffraction). Pour ce faire, des images d’illumination par speckle séquentielles sont acquises et traitées à l’aide de la technique de microscopie par illumination aléatoire (Random Illumination Microscopy, RIM).
Cette technique d’imagerie chimique CARS en champ large a été appliquée avec succès à l’imagerie d’échantillons biologiques, en utilisant des lasers dans le proche infrarouge (700–900 nm).

Activités :
L’objectif de ce travail est d’étendre les techniques d’imagerie chimique CARS en champ large au domaine de l’infrarouge, pour des faisceaux pompe et Stokes dont la longueur d’onde est supérieure à 1,4 µm. Dans ce domaine spectral, il devient en effet possible d’imager des composants semiconducteurs.
Les matériaux semiconducteurs présentent des modes vibrationnels qui dépendent de leur maille cristalline et de leur symétrie cristallographique. L’imagerie de ces modes sur de grands champs devrait permettre de révéler des contraintes mécaniques, les effets de dopants, ainsi que de suivre les élévations locales de température.
Ce projet vise donc à développer un microscope Raman cohérent en champ large, capable de réaliser une imagerie sur des zones centimétriques de matériaux semiconducteurs.
[1] Fantuzzi, E.M., Heuke, S., Labouesse, S. et al. Wide-field coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy using random illuminations. Nat. Photon. 17, 1097–1104 (2023). https://doi.org/10.1038/s41566-023-01294-x

Contexte de travail :
Le projet se déroule dans le cadre d'un projet Euroéen H2020/ERC