Fibres optiques de spécialité pour endoscopes bio-médicaux ultra-miniaturisés

Specialty optical fiber for ultra-miniaturized biomedical endoscopes

• Auteur / Autrice : Fatima El Moussawi
• Direction : Esben Ravn Andresen, Olivier Vanvincq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM)
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Kudlinski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Rigneault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Johannes Fitzgerald De Boer, Cathie Ventalon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diagnostic non invasif

Fibres optiques

Endoscopie

Mots clés libres

Endoscope sans lentille

Fibre multi-coeurs

Matrice de transmission

Endoscopes

Optical fiber

Ultra-Miniaturized

Transmission matrix

Résumé

L'endoscope sans lentille est un outil d'imagerie prometteur, ultra-miniaturisé, qui pourrait permettre une imagerie in-vivo peu invasive et à résolution cellulaire des tissus biologiques profonds. L'idée principale de l'endoscope sans lentille est un dispositif que l'on peut monter sur la tête d'un petit animal, et qui ne contient qu'un guide d'onde optique capable de collecter la lumière, de conserver son contenu d'information et de l'acheminer vers des systèmes optiques et opto-électroniques déportés. L'intérêt de cet endoscope miniaturisé réside dans sa capacité à permettre de nouvelles fonctionnalités puisque la source de lumière et les détecteurs sont déportés ainsi que dans la légèreté et la flexibilité des fibres optiques qui constituent ici la partie principale du système d'imagerie. Nous présentons dans cette thèse un nouveau composant à fibre optique, une "fibre multi-cœur effilée", conçue pour être intégrée dans des endoscopes ultra-miniaturisés pour l'imagerie à balayage à deux photons minimalement invasive et pour résoudre le problème de livraison de puissance auquel sont confrontés les endoscopes sans lentille basés sur la fibre multi-cœurs. Nous présentons la conception, la fabrication et l'application de la fibre multi- cœurs effilée, qui nous a permis de réaliser l'imagerie à deux-photons d'échantillons fluorescents dans les sens avant et arrière. Nos résultats montrent que le façonnage du profil filé de la fibre multi-cœurs apporte de nouveaux degrés de liberté qui peuvent être exploités efficacement pour les endoscopes sans lentille.

The lens-less endoscope is a promising ultra-miniaturized imaging tool with the potential to enable minimally invasive and cellular-level resolution in-vivo imaging deep inside biological tissue. The main idea of the lens-less endoscope is a device capable of being fixed on the head of a small animal containing only an optical waveguide capable of collecting light, retaining its information content, and transporting it fiber-optically to remote optics and opto-electronics. The interest of this miniaturized endoscope stems from its ability to allow new functionalities because light source and detectors are remote as well as the light weight and flexibility of the optical fibers that constitute here the main part of the imaging system. We present in this thesis a novel fiber-optic component, a “tapered multi-core fiber”, designed for integration into ultra-miniaturized endoscopes for minimally invasive two-photon point-scanning imaging and to address the power delivery issue that has faced multi-core fiber-based lensless endoscopes. We report the design, fabrication, and application of the tapered multi-core fiber, where we were able to perform two-photon imaging of fluorescent samples in both forward and backward directions. Our results show that tailoring of the taper profile of the multi-core fiber brings new degrees of freedom that can be efficiently exploited for lensless endoscopes.