Thèse soutenue

Façonnage rapide de front d'onde pour la microscopie non linéaire en profondeur

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Auteur / Autrice : Baptiste Blochet
Direction : Sylvain GiganLaurent Bourdieu
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique
Date : Soutenance le 14/12/2018
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....) - Institut de biologie de l'École normale supérieure (Paris ; 2010-....)
Jury : Président / Présidente : Alexandra Fragola
Examinateurs / Examinatrices : Sophie Brasselet
Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Barthélémy, Emmanuel Beaurepaire

Mots clés

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Résumé

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Les principales techniques de microscopie de fluorescence sont fondamentalement limitées pour imager en profondeur par la diffusion de la lumière qui atténue exponentiellement la quantité de photons balistiques utilisés pour imager avec la profondeur. Les techniques de microscopie non linéaire permettent néanmoins de dépasser le millimètre dans le meilleur des cas, in vivo. Elles restent fondamentalement limitée par deux effets : par la réduction de la fluorescence émise au focus à cause de la décroissance exponentielle des photons balistiques mais aussi par l’augmentation de la fluorescence hors focus. Cependant, il a été démontré que l’utilisation, en amont du milieu, de modulateurs spatiaux de lumière associée à des techniques de façonnage de front d’onde permet de compenser partiellement la diffusion de la lumière en refocalisant les photons diffusés. Néanmoins, mettre en pratique la correction de la diffusion pour l’imagerie in vivo nécessite l’utilisation conjointe de modulateurs de lumière rapides, de détecteurs rapides et d’une électronique rapide afin de corriger le front d’onde dans le temps de stabilité du milieu biologique. Nous avons donc développé, au cours de cette thèse, deux systèmes de façonnage du front d’onde rapides ; l’un basé sur une technologie MEMS et l’autre sur des déflecteurs acousto-optiques couplés à un laser à bas taux de répétition. Nous avons étudié les performances (gain de focalisation, vitesse) de ces deux systèmes pour focaliser à travers des milieux diffusants dynamiques. Nous avons démontré qu’à travers des milieux présentant des séquences de diffusion avec des stabilités très variées le focus obtenu est plus stable qu’attendu. Dans un deuxième temps, nous avons couplé un système de façonnage du front d’onde à un microscope non linéaire pour compenser en épi-détection la diffusion et donc améliorer les images obtenues en profondeur. Cette étude ouvre une voie originale pour l’imagerie biphotonique en très grande profondeur.