L'imagerie térahertz gagne en précision grâce à la ptychographie de Fourier
En adaptant la ptychographie de Fourier au domaine térahertz, des chercheurs sont parvenus à améliorer significativement la résolution spatiale des systèmes d'imagerie sans sacrifier leur champ de vue. Publiés dans Optica, ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour le contrôle non destructif, l'inspection industrielle ou encore l'imagerie biomédicale.
Le domaine spectral térahertz (THz) attire un intérêt croissant en raison de sa capacité à traverser de nombreux matériaux non conducteurs, tels que les polymères, les céramiques, les tissus biologiques ou certains produits pharmaceutiques. Cette propriété en fait un outil prometteur pour de nombreuses applications, allant du contrôle non destructif à la détection chimique, en passant par la caractérisation de matériaux ou l'imagerie biomédicale.
Cependant, l’imagerie THz reste confrontée à des limitations importantes. En raison de la grande longueur d’onde associée au domaine térahertz, la résolution des systèmes classiques demeure limitée à l’échelle submillimétrique, imposant un compromis entre la taille de la zone observée et la finesse des détails accessibles.
Ces recherches ont été menées par :
- Laboratoire de l'intégration du matériau au système (IMS, Bordeaux INP/CNRS/Univ. de Bordeaux)
- Laboratoire Kastler Brossel (LKB, CNRS/Collège de France/ENS – PSL/Sorbonne Université)
- Laboratoire photonique numérique et nanosciences (LP2N, CNRS/ Institut d'Optique Graduate School/Univ. de Bordeaux)
- Optics and Photonics Centre (OPC), New Delhi (Inde)
Pour dépasser cette limite, les chercheurs ont adapté au domaine térahertz une technique avancée d’imagerie computationnelle : la ptychographie de Fourier.
Le principe consiste à illuminer l’échantillon sous différents angles à l’aide d’un miroir motorisé pilotant précisément le faisceau THz. Chaque image enregistrée contient une partie décalée du spectre spatial de l’objet. L’ensemble des acquisitions est ensuite reconstruit numériquement afin de synthétiser une ouverture plus large et de récupérer des détails situés au-delà de la limite de diffraction classique.
Grâce à cette approche, les chercheurs étendent considérablement la quantité d'informations spatiales pouvant être exploitée lors de la reconstruction des images. Ils parviennent ainsi à améliorer la résolution spatiale d'un facteur proche de deux, tout en accédant simultanément à des informations quantitatives sur l'amplitude et la phase des ondes térahertz. Cette double caractérisation permet d'analyser avec une grande précision des structures fines et des matériaux complexes. Les résultats montrent que le système révèle des détails micrométriques jusqu'alors inaccessibles avec les techniques conventionnelles d'imagerie térahertz.
Au-delà de la démonstration expérimentale, cette avancée ouvre des perspectives concrètes pour l’inspection non destructive, la caractérisation de matériaux, la détection de défauts internes ou encore l’analyse d’objets opaques. L’ensemble du processus d’acquisition et de reconstruction est aujourd’hui automatisé, avec un temps de traitement d’environ 90 secondes, démontrant la faisabilité pratique de cette approche pour des applications réelles.
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Références
Terahertz Fourier ptychographic imaging.
Pitambar Mukherjee, Vivek Kumar, Frederic Fauquet, Amaury Badon, Damien Bigourd, Kedar Khare, Sylvain Gigan, and Patrick Mounaix.
Optica 13, 424-433 (2026).
https://doi.org/10.1364/OPTICA.586220
Article consultable sur les bases d’archives ouvertes Arxiv et HAL