Systèmes de focalisation
Microscopie acoustique

4.1 Lentille de focalisation

La base du microscope acoustique demeure la lentille acoustique, qui doit être taillée avec soin pour assurer la meilleure qualité d’image possible. Un transducteur piézoélectrique assure la conversion électromécanique des signaux au moyen d’une couche mince d’oxyde de zinc (ZnO) de quelques µm d’épaisseur environ, d’orientation cristallographique parfaitement contrôlée, et déposée sur l’une des faces planes et polies d’un petit barreau de saphir synthétique préalablement métallisé. Le rendement en puissance d’un tel transducteur peut atteindre 50 % pour des fréquences de l’ordre du gigahertz.

La forte atténuation dans le liquide de transmission impose des rayons de courbure de lentille de l’ordre du dixième de millimètre. La fabrication de surfaces sphériques de cette dimension polies à une qualité optique est délicate, bien que sans comparaison avec la difficulté de réalisation de la forme asphérique idéale pour une focalisation rigoureuse. La différence de profil engendre alors un défaut, appelé « aberration de sphéricité » (ou aberration sphérique), qui doit être suffisamment faible pour ne pas trop affecter la qualité de l’image finale.

Cette aberration consiste, tout comme en optique, en un étalement de la tache focale dans la direction de l’axe de la lentille et dans la direction perpendiculaire. Chaque rayon converge alors à une distance différente de la lentille, les rayons paraxiaux focalisant plus loin que les rayons extrêmes. L’enveloppe de tous ces rayons définit une zone où le diamètre du faisceau est minimal, qui sera le foyer résultant en présence d’aberrations. L’aberration sphérique est proportionnelle au carré du rapport des vitesses dans les deux milieux constituant le dioptre.

La figure 7 permet de comparer une focalisation obtenue avec une lentille optique à celle obtenue avec une lentille acoustique de même courbure de 0,85 mm. La seule différence concerne le rapport des vitesses de propagation qui est c ₂/c ₁ = 0,667 pour l’optique (dans le cas du dioptre air-verre) et c ₂/c ₁ = 0,135 pour l’acoustique (dioptre saphir-eau). Dans le premier cas, le diamètre de la tache focale minimale est de 40 µm, tandis qu’il est de 0,5 µm...