Endoscopie non-linéaire avec fibres optiques micro-structurées

Nonlinear optical endoscopy with micro-structured photonic crystal fibers

• Auteur / Autrice : Alberto Lombardini
• Direction : Hervé Rigneault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique, sciences de la matière. Optique, photonique et traitement d'image
• Date : Soutenance le 13/12/2016
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Fresnel (Marseille, France)
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Kudlinski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Rigneault, Ingo Rimke
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Louradour, Andreas Zumbusch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photonique

Microstructure (physique)

Fibres optiques

Microscopie en champ proche

Endoscopie

Mots clés libres

Microscopie optique non-lineaire; ;;

Endoscopie

Fibres optiques micro-Structurées

Fibres Kagomé

Livraison des impulsions ultra-Courtes

Imagerie des tissus en profondeur

Diffusion Raman cohérente

Nonlinear optical microscopy

Endoscopy

Micro-Structured optical fibers

Kagomé fibers

Ultrashort pulse delivery

Deep tissue imaging

Coherent Raman scattering

Résumé

Dans cette thèse, nous proposons l'utilisation d'un nouveau type de fibre à cristal photonique, la fibre Kagomé à coeur creux, pour la livraison d'impulsions ultra-courtes en endoscopie non linéaire. Ces fibres permettent la livraison d'impulsions sans distorsion sur une large bande spectrale, avec un faible bruit de fond, grâce à la propagation dans le cœur creux. Nous avons résolu le problème de la résolution spatiale, à l'aide d'une microbille en silice, insérée dans le cœur de la fibre Kagomé. Nous avons développé un système d'imagerie compacte, qui utilise un tube piézo-électrique pour le balayage du faisceau, un système achromatiques de microlentilles et une fibre Kagomé double gaine, spécialement conçue pour l'endoscopie. Avec ce système, nous avons réussi à imager des tissus biologiques, à l'extrémité distale de la fibre (endoscopie), en utilisant des différentes techniques tels que TPEF, SHG et CARS, un résultat qui ne trouve pas d'égal dans la littérature actuelle. L'intégration dans une sonde portable (4,2 mm de diamètre) montre le potentiel de ce système pour de futures applications en endoscopie multimodale in-vivo.

In this thesis, we propose the use of a novel type of photonic crystal fiber, the Kagomé lattice hollow core fiber, for the delivery of ultra-short pulses in nonlinear endoscopy. These fibers allow undistorted pulse delivery, over a broad transmission window, with minimum background signal generated in the fiber, thanks to the propagation in a hollow-core. We solved the problem of spatial resolution, by means of a silica micro-bead inserted in the Kagomé fiber large core. We have developed a miniature imaging system, based on a piezo-electric tube scanner, an achromatic micro-lenses assembly and a specifically designed Kagomé double-clad fiber. With this system we were able to image biological tissues, in endoscope modality, activating different contrasts such as TPEF, SHG and CARS, at the distal end of the fiber, a result which finds no equal in current literature. The integration in a portable probe (4.2 mm in diameter) shows the potential of this system for future in-vivo multimodal endoscopy.