NANOIMAGINE – ANR project

Imagerie nanométrique diffractive sans lentille

DESCRIPTION DU PROJET

L’objectif du projet NanoImagine est de développer la microscopie sans lentille avec une résolution spatiale sub-micrométrique à un coût modéré. Les images sont obtenues en enregistrant les taches de diffraction cohérente, sans utiliser aucune lentille. Ce principe est basé sur l’utilisation d’algorithmes de reconstitution de phase. Depuis quelques années, c’est devenu un domaine des recherche très actif pour l’imagerie à rayons X sans lentille. Cette technique ayant le potentiel d’atteindre une haute résolution à bas prix, l’intérêt est croissant pour son utilisation dans le visible ou l’UV, avec une résolution visée de l’ordre de quelques centaines de nanomètres. En effet, la résolution spatiale peut atteindre la moitié de la longueur d’onde illuminante, encourageant ainsi l’utilisation de radiations de courte longueur d’onde. Par ailleurs, cette technique n’entraîne pas d’aberrations dues à la qualité limitée des optiques. Quelle que soit la longueur d’onde, les optiques de haute qualité et de grande ouverture impactent largement le coût des microscopes.

Nous commencerons par construire un prototype en utilisant une diode laser UV compacte. Notre contrainte est d’avoir un microscope 2D/3D, appelé Nanoscope, possédant une résolution optimale de 200 nm avec un coût inférieur à 20 k€. Nous l’appellerons le R200-Nanoscope. Pour atteindre cet objectif, nous travaillerons sur le processus de formation d’images 2D et 3D à partir de taches multiples et uniques de diffraction. Nous approfondirons la connaissance basique en exploitation d’imagerie cohérente, en accélération d’algorithmes et en techniques de génération d’images.

En parallèlle de la constrution de ce prototype, nos partenaires prépareront la deuxième classe d’instrument, le R20-Nanoscope, à 20 nm de résolution. Cet instrument est à visée future. Il utilisera une source intense de lumière cohérente à rayons X (longueur d’onde jusqu’à 10 nm). Des démonstrations d’applications innovantes des R-Nanoscopes seront proposées dans Biology and Material Science.

Pour réaliser ce programme, la technologie de pointe d’analyse et de correction de front d’onde d’Imagine Optic Inc. sera utilisée pour pousser la résolution spatiale à l’extrême. Les partenaires académiques, le LOA et le CEA, donneront accès à des lignes de faisceaux haute qualité pour l’imagerie sans lentille : meilleur éclat, pulses de plus courte durée, contrôle de la polarisation, focalisation plus fine, techniques d’injection de particules uniques, détecteurs spécifiques, modélisation nanométrique grâce à l’utilisation de faisceaux d’ions focalisés, microscopes élctroniques.

Enfin, l’un des objectifs importants est de stimuler à tous les niveaux le développement et l’implémentation des instruments Nanoscope ayant un potentiel intérêt commercial. Nous chercherons tous les marchés potentiels, de la biophotonique aux nanosciences en passant par la médecine.

 

DETAILS DU PROJET

  • Financé par l’Agence Nationale de la Recherche
  • Programme finançant : “Nanotechnology and Nanosystems (P2N) 2013”
  • Début du projet : Octobre 2013
  • Fin du projet : Mars 2017
  • Les partenaires du projet sont : Imagine Optic, CEA Saclay, Le Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA, CNRS – délégation régionale IdF secteur ouest et nord)

CONTACTS

Samuel Bucourt, Project coordinator, CEO of Imagine Optic contact@imagine-optic.com
Hamed Merdji, Principal investigator, CEA
Philippe Zeitoun, Researcher, LOA

 

PUBLICATIONS

Liste des publications multipartenaires (résultant d’un travail mené en commun)
International Revues à comité

de lecture

  1. W. Boutu, D. Gauthier, X. Ge, R. Cassin, M. Ducousso, A.I. Gonzalez, B. Iwan, J. Samaan, F. Wang, M. Kovačev, and H. Merdji, “Impact of noise in holography with extended references in the low signal regime,” Opt. Express 24, 6318-6327 (2016).
  2. Williams, G. O.; Gonzalez, A. I.; Künzel, S.; Li, L.; Lozano, M.; Oliva, E.; Iwan, B.; Daboussi, S.; Boutu, W.; Merdji, H.; Fajardo, M. & Zeitoun, P. Fourier transform holography with high harmonic spectra for attosecond imaging applications Opt. Lett., OSA, 2015, 40, 3205-3208
Communications (conférence)
  1. Julien SAMAAN : STINT kick-off meeting, Paris, 24.11.2014 : LIFT et R200
  2. Julien SAMAAN: COST meeting, Uppsala,Suède, 16-18.09.2015
  3. Julien SAMAAN : VOXEL meeting, Paris, France, 16.12.2015: last results on the Nanoscope
  4. Julien Samaan: session poster, Coherence 2016, 07-10-06-2016, Saint Malo, Development of a lensless microscope
  5. Maria KHOLODTSOVA: Face2Phase, Delft, Pays Bas, 9-11.10.2017, Nanoscale single view 3D imaging based on hybrid phase retrieval and in-line holography imaging
  6. Ramona Corman: session poster, Frontier in Optics, Bordeaux, 15-18.10.2017, In vivo lens-less imaging of zebrafish embryo based on in-line holography
France Communications (conférence)
  1. Julien SAMAAN : session poster, Journées ANR, 13.11.2014, LIFT + R200
  2. Julien SAMAAN : session poster, Journées OPT2X, Institut d’Optique, 11.02.2015, LIFT + R200
  3. Julien SAMAAN : journées de l’Ecole Doctorale Onde et Matières, Orsay, 19.02.2015, LIFT+R00
  4. Willem BOUTU : CEA, 05.02.2015, Ultrafast nanoscale imaging using HHG, séminaire invité

 

Liste des publications monopartenaires (impliquant un seul partenaire)
International Communications

(conférence)

  1. Guillaume DOVILLAIRE (IO) : Wavefront sensing, COST meeting, Croatie (octobre 2014)
  2. Willem BOUTU : STINT kick-off meeting, Paris, 24.11.2014, current coherent diffractive imaging activities at CEA
  3. Aura GONZALEZ : COST MP1203 meeting, Warsaw, Poland, 22-06-2013, Ultrafast nanoscale imaging and beam diagnostics of X-UV sources
  4.  Aura GONZALEZ, COST meeting, Uppsala, Suède, 15-18.09.2015
  5. Willem BOUTU : ELI-ALPS 3rd users’workshop, Szeged, Hongrie, 5-6.11.2015, Imaging Dynamics with (sub)femtosecond and nanometer resolutions (invité)
  6.  Rémy CASSIN: Coherence 2016, Saint Malo, 7-10.06.2016, 3D stereo single shot imaging using high harmonic generation
  7.  Aura GONZALEZ: session poster, Coherence 2016, Saint Malo, 7-10.06.2016, Direct single shot characterization of the spatial coherence of XUV and Xray sources
  8. Willem BOUTU: VOXEL meeting, Rome, Italie, 09-10.02.2017, current coherent diffractive imaging activities at CEA
  9. Willem BOUTU: Helmholtz Institute Jena & Institute of Applied Physics, Jena University, Allemagne, 21.08.2017 (séminaire invite)
  10. Rémy CASSIN: Face2Phase, Delft, Pays-Bas, 9-11-2017, Nanoscale lensless stereo imaging using dual coherent soft X-ray beams
Actions de diffusion Autres
  1.  Rémy CASSIN: session poster, Meeting C-Nano, 06.10.2015, Paris
  2.  Journées DIM NANO-K (Paris), janvier 2016 : poster session

Patents

In submission