Interférométrie à décalage latéral et contraste interférentiel différentiel

Le contraste interférentiel différentiel (CID, DIC en anglais pour ‘Differential Interference Contrast') est une variante de l'interférométrie à décalage latérale. (‘lateral shearing interferometry') où l'on fait interférer un front d'onde avec lui-même décalé transversalement. Lorsque le décalage est grand (Fig. 21a), cela conduit usuellement à l'apparition de franges d'interférence qui donnent des informations sur la forme du front d'onde (dans une direction) []. L'interprétation n'est toutefois simple que si les détails intéressants du front d'onde sont localisés et séparés entre eux d'une distance supérieure au décalage ou si le front d'onde est d'une forme lisse ne contenant pas de hautes fréquences spatiales (e.g. polynômes de Zernike d'ordres faibles). Dans le cas d'un front d'onde formé par un objet complexe et étendu contenant des détails denses et de haute fréquence spatiale, l'interprétation devient délicate voire impossible et ce type d'interférométrie est donc peu utilisée en observation d'objets microscopiques. On lui préfère une version où le décalage latéral entre les deux fronts d'onde est plus petit que la résolution de l'objectif de microscope. Chaque point de l'image (dont la résolution est conservée) est alors modulé par un terme d'interférence à deux ondes de la forme où le déphasage local est en fait directement proportionnel à la pente locale (gradient) du front d'onde dans la direction du décalage (Fig. 21b). On transforme donc des gradients de phase en variations d'éclairement perceptibles par l'œil ou un détecteur. C'est cette propriété qui est à l'origine de la dénomination de contraste interférentiel différentiel. Le terme est un paramètre, usuellement identique pour tous les points du champs observé, introduit par la mise en œuvre technique de la méthode. Il est souvent ajustable par un réglage disponible sur le microscope permettant à l'observateur de faire varier l'apparence de l'image qu'il observe. Une valeur de (modulo ) est particulièrement intéressante car elle permet de directement visualiser le signe du gradient de phase de l'objet dans la direction du décalage, par une sur- ou une sous-brillance dans l'image sur un fond de luminosité moyenne, qui donne artificiellement l'impression de voir le relief de l'objet sous un éclairage latéral rasant.

• fronts d'onde dédoublés pour un large décalage

• fronts d'onde dédoublés pour un petit décalage.

Dans le cas d'un éclairage en lumière blanche et non pas monochromatique comme implicitement considéré dans les lignes précédentes, il faut considérer la superposition incohérente des différentes contributions monochromatiques. Comme et dépendent, dans le cas général, tous les deux de , l'image apparaît alors colorée par suite de la présence de spectres cannelés (teintes de Newton, usuellement d'ordres faibles, de couleurs vives). Les contrastes de couleurs mettent en évidence les variations de phase introduits par l'objet, et donc, dans une certain sens, le ‘relief' de l'objet observé (voir Fig.22)

La mise en œuvre ‘classique' de l'interférométrie à décalage latéral en microscopie est réalisée à l'aide de prismes biréfringents utilisés en lumière polarisée. Le dispositif clef de la méthode est un (bi-)prisme de Wollaston placé au foyer image de l'objectif ou un (bi-)prisme de Nomarski placé en aval de ce même foyer image. Les deux prismes ont pour propriété de dédoubler un rayon incident en deux rayons formant un petit angle entre eux. Repris de manière appropriée par l'objectif du microscope, ce dédoublement angulaire est transformé en déplacement latéral où est la focale objet de l'objectif. Pour fixer les ordres de grandeur, pour un objectif 50×/0,80 de ~4mm de focale et de résolution [rayon de la tache d'Airy dans le visible], un déplacement des rayons dans le plan objet inférieur à la résolution pour bien être en mode de contraste interférentiel conduit à un angle , bien inférieur à la minute d'arc! Le paragraphe suivant présente les grandes lignes du fonctionnement en épiscopie, qui est le plus simple à réaliser et à comprendre.