Utilisateur:Guillaume.Baffou/Brouillon

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Cross-grating wavefront sensing

Working principle

Cross-grating wavefront sensing is an optical imaging technique capable of mapping both the intensity and the wavefront profile of a light beam. The technique, introduced  by Jérôme Primot in the 90s, is based on the association of a regular camera with a two-dimensional grating (aka cross-grating), separated by a millimetric distance. The most common configuration uses a cross-grating consisting of a 0-π chessboard phase pattern (Figure 1). In this case, the technique is usually named quadriwave lateral shearing interferometry. Such a grating geometry enables the propagation of a diffraction-less beam between the grating and the camera, similar to a simple shadow, despite the diffractive nature of the optical wave (Figure 2). As a result, the registered image, called an interferogram, resembles the imaged obtained with a Shack-Hartmann wavefront sensor, albeit with a higher spot density, resulting in a higher spatial resolution. From this interferogram, the intensity and phase images are retrieved from a demodulation algorithm (Figure 3).

Cross-grating phase microscopy

When implemented on the camera port of an optical microscope, thanks to its high spatial resolution, this cross-grating wavefront sensing can turn into a quantitative phase microscopy technique suited for bioimaging. Since 2009, this cross-grating phase microscopy (CGM) has been used for imaging living cells in culture, measuring their dry mass, birefringence and highlighting organelles in a label-free manner. More recently, CGM has been used also in nanophotonics as a metrology tool. In particular, it has been used to measure the optical properties of nanoparticles and 2D-materials, and to characterize metasurfaces (Figure 4).