Filtres acousto-optiques accordables à sélection de polarisation pour l'imagerie hyperspectrale

Acousto-optic tunable filter with polarization selection for hyperspectral imaging

• Auteur / Autrice : Justine Champagne
• Direction : Samuel Dupont, Jean-Claude Kastelik
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Christelle Aupetit-Berthelemot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Dupont, Jean-Claude Kastelik, André Pérennou, Luiz Poffo, François Lefouiller
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : André Pérennou, Luiz Poffo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarimétrie

Acoustooptique

Imagerie hyperspectrale

Mots clés libres

Acousto-Optique

Imagerie hyperspectrale

Imagerie polarimétrique

Filtrage spectrale

Filtres accordables acousto-Optiques (AOTF)

Apodisation

Interaction anisotrope

Acousto-Optic

Hyperspectrale imaging

Polarimetric imaging

Spectral tuning

Acousto-Optic tunable filter (AOTF)

Apodization

Anisotropic interaction

Résumé

L’imagerie hyperspectrale et de polarimétrie est un domaine en plein essor qui présente de nombreuses applications. Ce contexte pousse à améliorer sans cesse les filtres, notamment en termes de résolution spectrale. Il est utile par exemple d’augmenter le nombre de bandes spectrales et leurs finesses pour permettre une meilleure caractérisation des éléments de la scène observée. Dans ce contexte, nous présentons les possibilités offertes par l’interaction acousto-optique dans la paratellurite. Les filtres accordables acousto-optiques (AOTF) sont utilisés pour l’imagerie hyperspectrale et la polarimétrie pour leurs nombreux avantages : leur accord rapide et l’adressage arbitraires, leur robustesse, leur efficacité et leur bonne résolution spectrale. La biréfringence du matériau permet d’obtenir deux faisceaux diffractés ayant deux polarisations linéaires orthogonales en sortie, permettant une potentielle mesure polarimétrique. Dans le cadre de cette thèse portant sur les filtres acousto-optiques accordables à sélection de polarisation pour l’imagerie hyperspectrale, nous étudions plusieurs systèmes utilisant un filtre acousto-optique travaillant sur de larges bandes spectrales. Nous démontrons la capacité qu’offre un AOTF en tant qu’analyseur de polarisation linéaire à haut rendement de diffraction. Nous présentons une méthode d’apodisation du signal (avec amélioration de la résolution spectrale) en utilisant un AOTF mono-transducteur dans un système « double pass », permettant de garder plus de 90 % d’efficacité. Nous avons enfin réalisé les phases de conception, de caractérisation et de validation d’un AOTF original, multi-électrodes (5 électrodes) pour l’imagerie hyperspectrale et de polarimétrie permettant d’homogénéiser la bande passante (<10 nm) sur une large bande de fonctionnement [450 nm - 800 nm]

Hyperspectral and polarimetric imaging shows numerous applications and is rapidly developing. This context encourages continuous improvement of filters, particularly for the spectral resolution. For instance, it can be useful to increase the number of spectral bands and reduce the spectral bandwidth to improve the characterization of the observed elements in the scene. In this context, we present the different possibilities offered by the acoustooptic interaction in paratellurite. Acousto-Optic Tunable Filters (AOTF) are used for hyperspectral and polarimetric imaging because of their numerous advantages: their fast tuning and arbitrary addressing, robustness, efficiency, and good spectral resolution. The birefringence of the material makes it possible to obtain two diffracted beams with two orthogonal linear polarizations at the output, allowing a potential polarimetric measurement. As part of this thesis on acousto-optical tunable filters with polarization selection for hyperspectral imaging, we are studying several systems using an acousto-optical filter working on broad spectral bands. We demonstrate the ability of an AOTF as a high diffraction efficiency linear polarization analyzer. We present a method of apodisation of the signal (with improvement of the spectral resolution) by using a mono-transducer AOTF in a “double pass” system able to maintain more than 90% efficiency. We performed the design, characterization, and validation phases of an original, multi-electrode (5 electrodes) AOTF for hyperspectral and polarimetric imaging to homogenize the bandwidth (<10 nm) over a wide operating band [450 nm - 800 nm]