Dissertations / Theses: 'Imagerie – Optique non linéaire'

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Shi, Junheng. "Quantum temporal imaging." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R023/document.

Abstract:

L’imagerie temporelle, aussi bien que l’imagerie spatiale, peut être formulée sur la base de deux concepts fondamentaux : i) – systèmes linéaires, et ii) analyse de Fourier. Le premier but de cette thèse est de développer une technique d’algèbre des opérateurs linéaires pour traiter des systèmes d’imagerie temporelle. Cette technique nous permet de décomposer n’importe quel système d’imagerie dans une combinaison de quelques éléments simples. Le but principal de la thèse est d’explorer les possibilités d’imagerie temporelle dans le domaine quantique, c’est-à-dire pour la lumière non classique. En effet, malgré de nombreuses applications de l’imagerie temporelle pour la lumière classique, le domaine d’optique quantique est pratiquement non exploré. Ici nous traitons des deux sujets principaux. Premièrement, nous appliquons une lentille temporelle sur la base d’un mélange à quatre ondes pour la manipulation de la lumière non classique - la lumière comprimée multifréquences. Nous formulons les conditions nécessaires pour le système d’imagerie afin de préserver les propriétés non classiques, dit "squeezing", à la sortie du système. Nous proposons également un nouveau schéma de la lentille temporelle sur la base d’un mélange à quatre ondes de type Bragg contra-propageant. Nous démontrons que ce schéma possède des performances supérieures par rapport aux autres schémas tels que le schéma co-propageant et le schéma de la sommation des fréquences. Deuxièmement, nous utilisons la fonction de réponse du schéma d’imagerie temporelle afin d’étudier la résolution et le champ de vision pour l’imagerie quantique temporelle. Nous formulons des restrictions sur le schéma d’imagerie pour manipuler la lumière non classique par rapport à la manipulation de la lumière classique
Temporal imaging, like its spatial counterpart, can be formulated in terms of two concepts: i) - linear system, and ii) Fourier analysis. The first aim of this thesis is to show this nature of quantum temporal imaging by the operator algebra that we developed. This formalism allows treating a variety of quantum temporal imaging systems as combinations of a few basic operations.The main goal of this thesis is to explore the application of temporal imaging in the quantum domain. In fact, despite the variety of classical temporal imaging applications, for example, in ultrafast signal processing, applying temporal imaging to manipulate non-classical light is not yet developed. Two main topics are addressed in the thesis. Firstly, we apply the existing four-wave mixing time lens to manipulation of non-classical light such as broadband squeezed light, and formulate the conditions for preservation of squeezing at the output of the scheme. We also propose a new time lens based on counter-propagating Bragg-scattering and show that it has better performance than a time lens based on the co-propagating Bragg-scattering and the sum-frequency generation. Secondly, we use the impulse response function of the imaging system and evaluate the resolution of various schemes for quantum temporal imaging. We also investigate the restrictions of quantum temporal imaging on the resolution and the field of view as compared with similar characteristics for classical temporal imaging

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Suran, Eric. "Imagerie discrète dans un réseau de guides optiques réalisé par inscription femtoseconde : focalisation discrète dans une fibre optique multicoeur." Limoges, 2009. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/21087bc8-36f0-49fe-819d-1587fa690759/blobholder:0/2009LIMO4065.pdf.

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Abstract:

L’imagerie optique haute résolution à l’échelle cellulaire destinée à la recherche en biologie et en médecine a atteint une grande maturité ces dernières années via l’utilisation par exemple de la microscopies de fluorescence biphotonique. La nouvelle étape de développement de ces microscopes est l’emploi de guides optiques pour déporter in vivo et in situ la lumière d’excitation nécessaire à la visualisation des cellules. Dans le cadre du projet SYDIMEN (SYstèmes DIscrets et Micro Endoscopie Non-Linéaire), cette thèse présente une étude qui se propose d’évaluer le potentiel de guides optiques à cœurs multiples couplés fonctionnant dans un régime de propagation spécifique dit de « diffraction discrète ». Après avoir défini et discuté ce qu’est un système « discret », deux configurations utilisant ces composants « discrets » sont successivement démontrées numériquement et expérimentalement : l'imagerie discrète et la focalisation discrète
High resolution imaging for cellular scale in biolical an medecine research has reached a high reliability and currently gives a lot of scientific results for example with two-photon absorption microscopy. The new development step is now to use optical waveguides to transport light directly through cells. In the frame of SYDIMEN project, this thesis present a study that evaluate the feasibility of using optical waveguides with several coupled cores in a specific propagation scheme called “discrete diffraction”. After giving a definition of what is a discrete system, two settings using these devices are successively demonstrated numerically and experimentally: discrete imaging and discrete focusing

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Brocas, Arnaud. "Microscopies non linéaires : analyses et instrumentations." Bordeaux 1, 2005. http://www.theses.fr/2005BOR13031.

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Abstract:

La démarche de ce travail a consisté à étudier et développer différents microscopes basés sur des techniques d'optique non linéaire cohérente. Un microscope à balayage laser femtoseconde dont le mécanisme de contraste est la génération de seconde et de tierce harmonique a été réalisé. Ce mode de contraste a été utilisé pour caractériser les modifications des propriétés optiques induites localement par photochimie dans des matériaux vitreux. Dans le domaine de la biologie, des études ont été menées démontrant que ce mode de contraste permet une visualisation qualitative de cellules en trois dimensions ainsi qu'une certaine fonctionnalité. Par ailleurs un prototype de microscope CARS résolu en temps a été développé et une nouvelle technique optique améliorant l'intensité relative du signal CARS a été imaginée

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Lépine, Thierry. "Différentes contributions aux lasers, à l'optique non linéaire, et à l'optique instrumentale." Habilitation à diriger des recherches, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00353847.

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Abstract:

J'ai soutenu ma thèse en 1991, au sein du groupe d'optique non linéaire de l'Institut d'Optique (groupe dirigé par le professeur Alain Brun). Le sujet était : "Étude et réalisation de lasers solides à modes couplés (YAG dopé néodyme et saphir dopé titane), compression d'impulsions". Au cours de ces travaux, j'ai travaillé sur la conception et le développement de nouvelles sources laser à impulsions très brèves (picosecondes et femtosecondes). En particulier, à cette époque, l'apparition du laser à saphir dopé titane femtoseconde est apparue très novatrice pour tous les laboratoires concernés. Il s'agissait de la première thèse soutenue en France sur ce sujet.
En 1991 et 1992, j'ai travaillé (en CDI) à Thales Optronics (Guyancourt), au sein de la direction scientifique. Je me suis intéressé aux développements des radars laser, ainsi qu'aux nouvelles sources " laser " basées sur les effets paramétriques.
En octobre 1992, j'ai été recruté comme maître de conférences au sein de l' École Supérieure d'Optique. J'ai tout naturellement poursuivi le développement de nos sources laser et leurs adaptations aux besoins de nos recherches menées dans le cadre de l'étude des propriétés optiques non linéaires de différentes classes de matériaux. Avec l'équipe, nous nous sommes donc attachés à améliorer leurs performances, notamment en leur apportant une plus grande fiabilité pour qu'elles deviennent réellement des outils pour nos expériences.
Les nouveaux besoins en longueurs d'onde qui ne pouvaient pas être issues directement d'un laser m'ont conduit à m'intéresser aux effets non linéaires, et plus particulièrement au mélange à trois ondes (amplification et oscillation paramétrique), en régime femtoseconde puis nanoseconde.
Ces nouvelles sources ont conduit à des applications originales. En particulier, l'étude de l'amplification paramétrique en régime femtoseconde a débouché sur la possibilité de voir à travers les milieux diffusants. Nous avons aussi utilisé ces sources pour étudier la dynamique femtoseconde de films minces de VO2.
En 1999-2000, j'ai eu l'opportunité de rejoindre en tant " qu'opticien expert " un groupe de travail consacré à la mission spatiale Darwin (coronographie interférentielle). Ce groupe ne comprenait pas d'opticien instrumentiste, et les compétences que j'avais acquises à travers mes enseignements se sont révélées de plus en plus utiles. J'ai donc progressivement abandonné ma première activité " lasers, optique non linéaire et applications ", pour m'investir de plus en plus dans l'équipe " exoplanètes " dirigée par Alain Léger, à l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS) d'Orsay.
En septembre 2003, j'ai quitté Orsay, pour venir travailler à plein temps au sein de la nouvelle antenne de l'Institut d'Optique, à Saint Étienne. J'ai néanmoins poursuivi ma collaboration avec IAS, et commencé mon intégration au sein du laboratoire TSI (Traitement du signal et Instrumentation, UMR 5516).
Cette synthèse des travaux auxquels j'ai participé comprend trois parties : une première sur les sources laser et l'optique non linéaire, une deuxième sur les applications des sources développées au laboratoire et enfin la dernière sur l'imagerie haute résolution et haute dynamique.

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Tikan, Alexey. "Integrable turbulence in optical fiber experiments : from local dynamics to statistics." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R046/document.

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Abstract:

Ce travail est dédié à l’étude de l’origine des phénomènes statistiques récemment observés dans le cadre de la turbulence intégrable. Les études expérimentales et numériques de la propagation d’ondes partiellement cohérentes dans les systèmes décrits par l’équation de Schrödinger non linéaire à une dimension ont révélé un écart par rapport à la distribution gaussienne. Les régimes de propagation focalisant et défocalisant présentent un comportement qualitativement différent: la probabilité que des événements extrêmes apparaissent dans le cas focalisant est supérieure à la loi normale, alors que dans le régime défocalisant, elle y est inférieure. Nous avons réalisé des expériences d’optique bien décrites par l'équation de Schrödinger non linéaire 1-D afin d'étudier ce problème. Nous avons construit deux outils de mesure nouveaux et complémentaires. En utilisant ces outils, nous avons réalisé une observation directe des structures cohérentes qui apparaissent à différents stades de la propagation dans les deux régimes. En fournissant une analyse de ces structures, nous avons déterminé les mécanismes dominants dans les régimes focalisant et défocalisant. Dans le régime focalisant, nous avons mis en évidence le caractère universel de structures voisines des solitons de Peregrine et établi un lien avec un résultat mathématique rigoureux obtenu dans le régime semi-classique. Dans le régime défocalisant, nous avons montré que le mécanisme d'interférence non linéaire entre impulsions voisines définit l'évolution des conditions initiales partiellement cohérentes. Nous avons proposé un modèle simplifié qui explique la présence des différentes échelles dans les données enregistrées
This work is dedicated to the investigation of the origin of statistical phenomena recently observed in the framework of integrable turbulence. Namely, experimental and numerical studies of the partially-coherent waves propagation in 1-D Nonlinear Schrödinger equation systems revealed a deviation from the Gaussian statistics. Focusing and defocusing regimes of propagation demonstrated qualitatively different behaviour: the probability of extreme events to appear in the focusing case is higher than it is predicted by normal law, while in defocusing it is lower. We provided optical experiments well described by the 1-D Nonlinear Schrödinger equation in order to investigate this problem. We built two novel and complementary ultrafast measurement tools. Employing these tools we provided direct observation of coherent structures which appear at different stages of the propagation in both regimes. Providing analysis of these structures, we determined dominating mechanisms in both focusing and defocusing regimes. In the focusing regime, we discovered the universal appearance of Peregrine soliton-like structures and made a link with the rigorous mathematical result obtained in the semi-classical regime. In the defocusing case, we showed that the mechanism of nonlinear interference of neighbour pulse-like structures defines the evolution of the partially-coherent initial conditions. We considered a simplified model which explained the presence of different scales in the recorded data

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Ibrahim, Ali. "Microscopie linéaire et non linéaire pour étude de stress chez les copépodes." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10209.

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Abstract:

Les copépodes sont des petits crustacés de longueur autour de 1 mm en stade adulte. Leurs réponses à différents facteurs de stress tels que la salinité et la température peuvent être observées à différentes échelles d’organisation allant du gène, cellule jusqu’à l’organisme. Jusqu'à présent, aucune observation des effets de stress de température ou de salinité sur les copépodes n’a été faite par microscopie optique. Dans ce travail, nous avons mis en œuvre pour l'étude de ces copépodes les techniques de microscopie linéaire et non linéaires. D’abord avec la technique CLSM (Confocal Laser Scanning Microscopy) nous avons pu étudier, caractériser et quantifier les effets de stress appliqués sur le copépode calanoïde Pseudodiaptomus marinus maintenu en culture pendant plusieurs générations dans le laboratoire à des conditions favorables et stables de salinité (30 psu) et de température (18 °C). Ces différents stress appliqués sont: une forte diminution de la température (18 à 4 ° C), des diminutions mineure et majeure de la salinité (de 30 respectivement à 15 PSU et à 0 PSU) et enfin, un stress mélangé d’une baisse simultané de la température et de la salinité (de 18 ° C et 30 psu à 4 ° C et 0 PSU). Nos observations ont été concentrées sur le muscle du copépode.Cette étude a été complétée par la technique SHG/TPEF qui nous a répondu à quelques questions à propos de la disparition des stries musculaires. Cette technique a été suivie par la technique de transformation de Fourier (FFT) appliquée sur les profils des stries musculaires pour mieux comprendre l’état des stries dans chaque stress. Enfin, nous avons appliqué la microscopie CARS qui a été développée dans notre laboratoire à l'imagerie de ces échantillons. Avec cette technique d’imagerie on a pu identifier les stries musculaires et les réserves lipidiques
Copepods are small crustaceans with length about 1mm in adult stage. Their responses to different external strain factors such as salinity and temperature can be observed at different scales from genes to organism (individual). Until now, no observation of the effects of temperature or salinity stresses on copepods has been done by light microscopy In this work we exploited optical imaging techniques and specifically nonlinear microscopy linear and nonlinear. First of all CLSM (Confocal Laser Scanning Microscopy) allow studying, characterisation and quantifying stress effect applied on calanoid Pseudodiaptomus marinus copepod maintained during several generations in the laboratory at favorable and stable condition of salinity (30 psu) and temperature (18° C). These stresses applied were: a sharp decrease in temperature (18 to 4°C), a moderate and a major decrease in salinity (from 30 respectively to 15 psu and 0 psu), and finally a mixed stress with a decrease both in temperature and salinity (from 18°C and 30 psu to 4°C and 0 psu). Our observations are concentrated on copepod muscles regions.This study has been completed with SHG/TPEF techniques to answer some questions about stripes disappearance. This technique was followed by Fourier transformation (FFT) applied on the stripes muscles profiles to more understanding about stripes situations in each stress. Finally, we applied CARS microscopy which was developed in our laboratory to image these samples. With this technique we were able to identify these muscles stripes and also lipid reserves

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Bancelin, Stéphane. "Imagerie Quantitative du Collagène par Génération de Seconde Harmonique." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00958171.

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Abstract:

Le collagène est une protéine ubiquitaire qui joue un rôle central dans l'architecture et la tenue mécanique des tissus conjonctifs et est impliqué dans de nombreuses pathologies. Synthétisé sous forme de triples hélices, le collagène s'auto-assemble en fibrilles in vivo et in vitro pour former des réseaux tridimensionnels. La microscopie multiphoton basée sur la génération de seconde harmonique (SHG) est une technique très spécifique, permettant de visualiser, sans marquage, le collagène en profondeur dans des tissus, avec une résolution sub-micrométrique. Ce travail de thèse vise à développer des approches quantitatives en imagerie SHG du collagène, tant à l'échelle fibrillaire que tissulaire. Nous avons montré que la microscopie SHG permet de sonder la dynamique de formation du réseau collagénique jusqu'à l'échelle d'une fibrille unique. En outre, nous avons caractérisé la structuration de gels collagéniques contrôlée par ajout de nanoparticules de silice fonctionnalisées. Nous avons ensuite réalisé de l'imagerie corrélative électronique/SHG sur ces gels pour mesurer la sensibilité de notre microscope et calibrer la réponse d'une fibrille en fonction de son diamètre. De plus, nous avons pu évaluer l'hyperpolarisabilité d'une molécule et valider le modèle additif utilisé pour calculer la réponse d'une fibrille. Enfin, nous avons développé une analyse d'images spécifique permettant de quantifier l'organisation d'un tissu collagénique à l'échelle fibrillaire, dans le but d'explorer la relation fonction/structure d'un tissu. Ceci a été validé en étudiant la modification des propriétés biomécaniques de souris génétiquement modifiées modèle du syndrome d'Ehlers-Danlos.

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Chis, Mihaela-Ana. "Mesure du tenseur de susceptibilité non linéaire d'ordre trois par traitement d'images." Angers, 1996. http://www.theses.fr/1996ANGE0005.

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Abstract:

Nous proposons une nouvelle technique de mesure très simple dite technique d'imagerie linéaires d'ordre trois. L'objet optique choisi détermine une configuration expérimentale Zernike non linéaire, dans un système d'imagerie (4f) afin de mesurer les susceptibilités non équivalentes à un couplage de deux ondes dans un milieu non linéaire. La mesure de la distribution spatiale de l'intensité lumineuse des impulsions laser picosecondes à l'aide d'une caméra CCD, améliore la précision et simplifie les mesures. Le principe de mesure est base sur la comparaison entre le profil d'intensité dans une image expérimentale et celui d'une image simulée. Afin de valider la méthode proposée, des mesures de susceptibilité ont été effectuées sur des matériaux de référence. Un bon accord est obtenu avec des précédentes mesures effectuées par différents auteurs. La méthode s'avère très intéressante par sa simplicité et par ses applications.

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Pascal, Simon. "Conception et étude de chromophores polyméthines pour l'optique non-linéaire dans le proche infrarouge." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014ENSL0909.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse consistait à développer des colorants de la famille des polyméthines absorbant dans le proche infrarouge et présentant des propriétés d’optique non-linéaire (ONL) prononcées. De nouveaux chromophores ont été préparés et leurs propriétés spectroscopiques ont été systématiquement étudiées afin d’établir des relations structures-propriétés. Cette stratégie a permis l’identification des facteurs permettant d’exalter la réponse ONL des polyméthines et de prédire leur comportement face à de subtiles modifications structurales. Trois familles de colorants ont été préparées : des monométhines aza-dipyrrométhènes de bore, des heptaméthines symétriques ainsi que des heptaméthines dissymétriques.Dans un premier temps, des aza-bodipys possédant des groupements donneurs périphériques sont synthétisés. Une étude spectroscopique approfondie permet d’identifier les structures présentant une absorption à deux photons importante en vue d’applications en limitation optique aux longueurs d’onde des télécommunications (1500 nm). Le chapitre suivant a pour but de rationaliser les équilibres de la limite cyanine. L’étude de la substitution centrale de nombreux dérivés heptaméthines a permis de moduler leurs propriétés optiques sur une large gamme spectrale et de mettre en évidence une nouvelle structure électronique limite de type bis-dipôle. Parmi cette famille de colorants, des dérivés keto-heptaméthines ont été utilisées en imagerie biologique (cellules et cerveau) par microscopie non-linéaire. Enfin, l’élaboration de structures heptaméthines dissymétriques originales est détaillée dans le dernier chapitre. Ces chromophores ont révélé des propriétés ONL du second ordre idéales pour des applications en modulation électro-optique
The aim of this thesis consisted in developing dyes from the polymethine family absorbing in the near-infrared (NIR) region and featuring pronounced nonlinear optical (NLO) properties. Several new chromophores have been prepared and their spectroscopic properties have been systematically investigated in order to establish structure-properties relationships. This strategy has permitted the identification of the factors that enhance the NLO response of polymethines and allowed the prediction of their optical behaviour depending on subtle structural modifications. Three families of dyes have been prepared and investigated: boron aza-dipyrro-monomethines (aza-bodipys), symmetrical heptamethines and unsymmetrical heptamethines.In a first time, aza-bodipys possessing electro-donating peripherical substituants has been synthesized. A detailed spectroscopic study allow the identification of structures that present a high two-photon absorption (TPA), towards optical limiting applications at telecommunication wavelengths (1500 nm). The next chapter rationalizes the equilibrium surrounding the cyanine limit. The study of the central substitution of several heptamethines derivatives permitted the fine tuning of their optical properties upon a large spectral region and evidenced a new bis-dipolar electronic structure. Within this dye family, keto heptamethine derivatives has been tested in bio-imaging experiments (living cells and brain) using non-linear microscopy. Finally, the elaboration of original unsymmetrical heptamethines is detailed in the last chapter. These chromophores revealed ideal second order NLO properties for applications in electro-optic modulation

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Laibe-Darbour, Florence. "Dérivés du 1,2,3-triazole pour l'optique non-linéaire quadratique : Applications à l'imagerie biologique." Lyon, École normale supérieure (sciences), 2009. http://www.theses.fr/2009ENSL0524.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est l recherche de nouveau chromophores non-linéaires pour l'imagerie biologique. Depuis une dizaine d'années, le 1,2,3-triazole, mis à l'honneur par une réaction de “click-chemistry”, est utilisé dans de nombreux domaines mais très peu en Optique Non-Linéaire (ONL). Onze molécules ont été synthétisées afin d'étudier les propriétés optiques du triazole. Une étude théorique a confirmé les résultats expérimentaux : le triazole est une amphotère optique (groupe électro-donneur et accepteur). Ce groupe a ensuite été greffé à des molécules pour diverses applications comme le suivi par dichroïsme circulaire de la formation de l'hélice alpha d'un peptide. Un autre volet de cette thèse s'intéresse à la synthèse de molécules chirales présentant un fort couplage excitonique pour l'imagerie biologique par Génération de Second Harmonique (SHG). Différentes molécules achirales et chirales, sous forme énantiopure ou racémique, ont été synthétisées afin d'étudier l'influence de l'origine de la chiralité sur le signal de SHG. Le triazole a été choisi comme lien entre le chapeau chiral et les chromophores utilisés ou comme partie intégrante du chromophore. Malheureusement, aucun signal de SHG n'a pu être visualisé que ce soit en cellule ou sur vésicule. Enfin, deux familles de composés dipolaires comportant un cycle accepteur fort et fonctionnalisable ont été synthétisées. Ces molécules présentent une longueur d'onde d'absorption au delà de 500 nm et une forte activité ONL. Ces composés ont été greffés à des polysaccharides par un lien triazole afin d'étudier par spectrométrie de masse une fragmentation spécifique induite par photodissociation
The main objective of this thesis is the design of new non-linear chromophores for biological imaging. Since ten years, the 1,2,3-triazole, made famous by “click-chemistry” reaction, has been used in a lot of field but not much in Non-Linear Optic (NLO)? Eleven compounds were synthesized in order to study the optical properties of the triazole. Theoretical studies confirmed experimental datas : the triazole is an optical amphotere (electro-donating and accepting group). The triazole was introduced to molecules for different applications, in particular the monitoring by circular dichroism of the formation of an alpha helix of a peptide. Another part of this thesis is the synthesis of chiral molecules with a strong excitonic coupling for biological imaging by Second Harmonic Generation (SHG). Different chiral and achiral molecules, enantiopure or racemic, were synthesized in order to study the influence of the origin of the chirality to the SHG signal. The triazole was chosen as a linker between the chiral part end the chromophores or as a part of the chromophore. Unfortunately, no SHG signal was observed, neither in cell or in vesicles. Finally, two families of dipolar compounds with a strong accepting and functionnalisable group were synthesized. These molecules have an absorption wavelength over 500 nm and a strong NLO activity. These compounds were grafted to polysaccharides using the triazole as a linker in order to study by mass spectroscopy a specific fragmentation induced by photodissociation

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Crotti, Caroline. "Chirurgie du segment antérieur de l'oeil et traitement du glaucome par laser femtoseconde et imagerie de tomographie par cohérence optique." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00655580.

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Abstract:

Mon projet de thèse est étroitement lié au projet ANR NOUGAT, " Nouvel OUtil pour la chirurgie du Glaucome Assistée par laser femtoseconde et Tomographie par cohérence optique " (ANR-08-TECS-012), coordonné par le groupe " Optique, Photonique, Santé " (OPS) du Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA), et dont les partenaires sont : l'hôpital Hôtel-Dieu de Paris, le laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique Graduate School, la société Amplitude Systèmes. Le glaucome est une maladie oculaire associée à une pression intraoculaire élevée. Les traitements chirurgicaux classiques visent à créer des canaux filtrants dans la sclère pour baisser la pression, mais les bénéfices ne sont souvent que temporaires. La greffe de cornée est indiquée lors d'opacités du tissu ou pathologies affectant la transparence cornéenne. Elle est largement pratiquée mais certaines limites existent, notamment lorsque la découpe doit se faire en profondeur d'un tissu pathologique. Mes travaux ont d'abord consisté à caractériser les trois principaux éléments constitutifs du segment antérieur de l'oeil : la cornée, la sclère et le cristallin. Suite aux recherches précédentes menées par notre équipe, la diffusion de la cornée est maintenant un phénomène compris et quantifiable. L'étude du tissu scléral a permis de mettre en évidence une fenêtre de relative transparence optique centrée à la longueur d'onde de 1650 nm ; des expériences préliminaires ont été menées sur le cristallin. Grâce à l'optimisation de sources laser existantes au sein de l'équipe, en particulier du générateur paramétrique optique, de nouvelles séries d'incisions ont ensuite été réalisées dans des cornées humaines (obtenues auprès de la Banque Française des Yeux), avec des longueurs d'onde situées entre 1500 et 1800 nm. Les analyses histologiques et par microscopie électronique en transmission et à balayage de ces découpes confirment que l'utilisation d'une longueur d'onde entre 1600 et 1700 nm réduit le phénomène de diffusion dans le tissu par rapport à la longueur d'onde appliquée dans les systèmes commerciaux (1000 nm). Par ailleurs, un dispositif d'imagerie par tomographie par cohérence optique (OCT) a été développé en étroite collaboration avec l'Institut d'Optique Graduate School. Utilisant une longueur d'onde de 1315 nm, ce dispositif a une résolution de l'ordre de 5 μm, ce qui est compatible avec notre application ; cependant, il présente encore une rapidité d'acquisition moyenne. Les structures cornéennes ont été imagées avec trois dispositifs OCT disponibles, ce qui a permis de comparer leurs avantages et leurs inconvénients en vue de la combinaison de ce système d'imagerie à la source laser et d'une éventuelle application clinique. Mes travaux de recherche ont finalement permis d'optimiser le développement de systèmes chirurgicaux pour les tissus du segment antérieur de l'oeil et d'approfondir nos connaissances sur l'optique de ces tissus, ce qui vient compléter les études antérieures réalisées au sein de mon équipe de travail et ouvre la voie à des applications futures.

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Demur, Romain. "Apport de l'optique non linéaire à l'imagerie infrarouge pour la détection de cibles à longue distance." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS166/document.

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Abstract:

Les applications de détection infrarouge active sont nombreuses dans le domaine de la défense et la sécurité. Cependant ces systèmes sont actuellement peu utilisés en pratique à cause de leur portée limitée. Un moyen d’augmenter cette portée est d’améliorer la sensibilité des détecteurs infrarouges qui possèdent des bruits bien plus élevés que leurs équivalents dans le visible. L’idée principale de cette thèse est d’utiliser l’optique non linéaire pour effectuer une conversion de fréquence du signal infrarouge à détecter vers de plus basses longueurs d’ondes et ainsi bénéficier des performances des détecteurs fonctionnants à ces longueurs d’ondes. Les développements récents en cristaux donnent un intérêt nouveau à ces techniques pour certains cas applicatifs identifiés au cours de cette thèse. L’étude détaillée de la conversion multimode à la fois temporelle et spatiale, a permis de proposer une méthode simple et originale pour dépasser l’état de l’art en terme de nombre d’éléments résolus convertis. Pour quantifier précisément les avantages de ces conversions, une étude théorique et numérique de la conversion multimode a été menée et deux séries d’expériences ont été conduites. La première concerne la détection ponctuelle de signaux moyen-infrarouge pour des applications de spectroscopie par conversion dans un cristal d’OP-GaAs. La deuxième concerne la détection de cibles par imagerie active dans le proche infrarouge par conversion dans un cristal de PPLN vers une caméra CMOS. Les performances en sensibilité obtenues sont dans les deux expériences meilleures d’un ordre de grandeur que les détections directes avec les détecteurs habituellement utilisés
There is a wide range of applications in active infrared detection technologies in defense and security. However, the limited range available by these systems limits their developments. Increasing sensors sensitivity is a key milestone to improve this range. Indeed, noise in infrared detectors is much higher than for visible detectors due to some physical and technological issues. The key idea of this manuscript is to use nonlinear optical technologies to convert the infrared signal to detect into the visible spectrum and use all the benefits of silicon based sensors. Recent advances in optical crystals and in pump laser regimes bring renewed interest to upconversion detection for some specific application cases identified in this thesis. A novel and easy method to improve the number of converted modes has been proposed after a careful study of multimode conversion both temporally and spatially. In order to give figures on detection improvement using upconversion, we conducted a theoretical and numerical study of the multimode conversion as well as two sets of experiments. The first one, using conversion in an OP-GaAs crystal and a monodetector addresses mid-infrared spectroscopy applications. The second one addresses active imaging applications for target recognition and identification in the near-infrared. By using a PPLN crystal, the near-infrared image is detected on a low noise CMOS camera. A key milestone of this work is the sensitivity improvement of such a detection. Sensitivities obtained in each experiment are one order of magnitude better than with direct detection using common infrared sensors

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Robin, Anne-Claire. "Nano-objets multiphotoniques : étude de systèmes modèles et conception de nano-outils pour le vivant." Rennes 1, 2009. http://www.theses.fr/2009REN1S105.

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Abstract:

Les techniques d’excitation multiphotonique connaissent aujourd’hui un engouement accru dû aux nombreux avantages qu’elles offrent pour de nombreuses applications, en termes de sélectivité, de localisation et de profondeur de pénétration notamment. C’est le cas des techniques de microscopie multiphotonique qui ouvrent la voie à une imagerie plus "douce" et plus performante. Ce travail décrit les stratégies mises en place pour l’élaboration de nano-outils biphotoniques répondant à des cahiers des charges divers selon la fonction recherchée et exploitant les avantages de l'excitation biphotonique pour des applications visant l'imagerie fonctionnelle dynamique du vivant, l'imagerie biomédicale et la thérapie. Plusieurs nano-outils ont été développés, un mime photoactif du NADPH destiné au contrôle spatio-temporel des protéines impliqués dans les processus bioréductifs ainsi que des nanosondes organiques fluorescentes éco et biocompatibles destinées à l’imagerie biologique et médicale
Multiphotonic excitation methods have attracted increased attention in relation to their convenient advantages regarding selectivity, 3‑D localisation and penetration depth. Non‑linear microscopies are one of the most promising techniques which allow a softer and higher‑performance biological imaging. Our work deals with the synthesis of new biphotonic nano-tools which can be modified in order to conform to special tasks depending on the desired function, taking advantages of biphotonic excitation for applications in dynamic and functional imaging of living, biomedical imaging and therapy. Several nano-tools have been developed, a photoactive analogous of NADPH for the control of protein implicated in bioreductive processes and organic and fluorescent nano-probes which are eco and biocompatible for use un biologic and medical imaging

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Canonge, Rafael. "Imagerie moléculaire 3D quantitative des tissus en utilisant la microscopie Raman cohérente sans marquage." Thesis, Ecole centrale de Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECDM0010/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'utilisation et le développement de techniques de microscopie multiphotonique pour l'imagerie d'échantillons biologiques humains. Une plateforme d'imagerie multiphotonique utilisant les contrastes non linéaires sans marquage tels que la fluorescence à deux photons, la génération de seconde harmonique, et les mécanismes Raman cohérent (CARS et SRS) a été conçue et développée au cours de cette thèse, et les travaux expérimentaux suivant deux axes de recherche principaux sont présentés.Dans une première partie , l'imagerie tridimensionnelle et sans marquage des muqueuses du système digestif humain est comparée aux images histologiques classiques avec marquages colorimétriques. Nous montrons que les techniques multiphotoniques utilisées permettent de reconstituer la structure et de discerner les différents éléments moléculaires présents dans les tissus dans le but d'obtenir une caractérisation des zones touchées par le développement de tumeurs cancéreuses
This thesis focuses on multiphotonic microscopy techniques development and use in order to image human biological samples. A multiphotonic imaging setup using label-free nonlinear contrasts mechanisms such as two-photons fluorescence, second harmonic generation, or stimulated Raman effect (CARS or SRS) has been designed and developped during this PhD, and I present the experimental work in two main research topics.In a first part, we compare label-free 3D imaging with classic histological imaging using colorimetric labels in human digestive system. We show that multiphotonic technics allow to reconstruct the organization and discern the molecular compounds inside the tissues, in order to get a caratérization of the cancerous tumors developpement.The second part is related to the application of our multimodal setup to the quantitative study of real active molecular compounds real time penetration into in vivo human skin. We show that multiphotonic microscopy make possible to mesure active molecules in depth 3D concentration in the skin in order to understand transcutaneous diffusion mechanisms in cosmetic and pharmacological applications

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Nguyen, Anh Dung. "Amélioration de la résolution spatiale en microscopie multiphotonique par saturation de la fluorescence." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2015. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/221923.

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Abstract:

-------------------------------Abstract--------------------------------Since the prediction by Maria Göppert-Mayer in the thirties of the possibility for a fluorescent molecule to be simultaneously excited by multiple photons and, more recently, the development of pulsed lasers, multiphoton microscopy has gradually evolved to finally become one of the most used fluorescent imaging techniques for the studies of thick scattering tissues or for in vivo observations of animals. Either for neurological, physiological or morphological studies, the non invasiveness and the limitation of the excited volume to the focal volume have made this fluorescence microscopy technique an essential tool for biologists.However, in a world where the biological studies always require better microscopes and where there is always a need for the spatial resolution to be improved, it is essential to offer techniques allowing to obtain a better resolution in the three dimensions and to access resolution beyond the diffraction limit defined by Ernst Abbe more than a century ago. In this thesis, the saturated excitation of fluorescence technique is adapted to multiphoton microscopy. This method achieves super-resolved images by temporally modulating the excitation laser-intensity and by demodulating the higher harmonics from the saturated fluorescence signal. As a proof of principle, the improvement of the lateral and axial resolution has been measured on a sample of fluorescent microspheres. While the third harmonic already provides an enhanced resolution, we show in this work that a further improvement can be obtained with an appropriate linear combination of the demodulated harmonics.In the end, a near twofold improvement of the resolution has been obtained in the lateral but also in the axial directions. This improvement is in agreement with the estimated resolution improvement predicted in the theoretical and the mathematical analysis of the technique carried out in this work.We also present in vitro imaging of fluorescent microspheres incorporated in HeLa cells. Enhancements of lateral and axial resolution has been observed, showing that this super-resolution technique performs well in biological samples.Finally, the strengths and weaknesses of the technique have also been analysed and detailed to see in which niche in the world of biological imaging this method can find its place. To this end, its characteristics are compared to other super-resolution and super-localisation techniques that have been previously studied in this thesis.It points out that the imaging depth, the non invasiveness and the relatively low illumination power on the samples but also the limitation of the excited volume in multiphoton microscope coupled with the simple and cost-effective implementation as well as the relatively low illumination power on the sample used in the saturated excitation technique make this method an excellent candidate for deep in vivo studies trough scattering tissue like the skin.
-----------------------Résumé-----------------------Depuis la prédiction de Maria Göppert-Mayer dans les années 30 de la possibilité pour une molécule fluorescente d'être excitée simultanément par plusieurs photons et, plus récemment, depuis le développement des lasers pulsés, la microscopie multiphotonique s'est peu à peu développée pour finalement s'imposer aujourd'hui comme un des outils d'observation par fluorescence les plus performants pour les études de tissus épais diffusants, ou encore pour l'observation in vivo d'animaux. Que ce soit pour des études neurologiques, physiologiques ou morphologiques, l'aspect non invasif et la limitation du volume excité au volume focal ont rendu cet outil de microscopie indispensable aux biologistes.Cependant, dans un monde où les études biologiques nécessitent toujours de meilleurs microscopes et où la résolution spatiale en particulier doit toujours être améliorée, il convient de proposer des techniques permettant d'obtenir une meilleure résolution dans les trois dimensions et d'aller au-delà de la limite de diffraction définie par Ernst Abbe il y a plus d'un siècle.Dans cette thèse, la technique de saturation de l'excitation de la fluorescence est adaptée à la microscopie multiphotonique. Cette méthode permet d'obtenir des images de superrésolution en modulant temporellement l'intensité laser d'excitation et en démodulant les harmoniques supérieures présentes dans le signal saturé de fluorescence. La démonstration de principe sur des microsphères fluorescentes a été réalisée montrant une amélioration de la résolution latérale et axiale. Alors que l'utilisation de la troisième harmonique produit déjà une meilleure résolution, ce travail de thèse montre qu'une amélioration supplémentaire peut être obtenue en utilisant une combinaison linéaire particulière des harmoniques démodulées.Au final, un quasi doublement de la résolution a pu être observé tant dans les directions latérales que dans la direction axiale. Cette amélioration correspond à l'amélioration prédite dans l'analyse théorique et mathématique réalisée également dans ce travail.De plus, le passage aux études in vitro a été réalisé avec succès en observant des microsphères fluorescentes incorporées dans des cellules HeLa. Des améliorations de la résolution latérale et axiale ont également été observées montrant que cette technique de superrésolution peut être appliquée à l'étude d'échantillons biologiques. Les forces et les faiblesses de cette méthode sont également analysées et détaillées afin de voir dans quel créneau d'études biologiques la technique de saturation de l'excitation de fluorescence pourrait se faire une place. A cette fin, ses caractéristiques sont comparées aux autres méthodes de superrésolution et de superlocalisation détaillées dans la première partie de ce travail.Il en resort que l'importante profondeur d'imagerie, l'aspect non invasif et la limitation du volume excité de la microscopie multiphotonique couplés à la simplicité d'implémentation et les relativement faibles puissances utilisées pour saturer l'excitation font de cette technique un excellent candidat pour des études in vivo dans des zones en profondeur dans des milieux diffusants comme la peau.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Beaurepaire, Emmanuel. "Imagerie à haute résolution en milieu diffusant par tomographie optique cohérente et microscopie non linéaire avec excitation a deux photons. Application au tissu cérébral." Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066033.

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Abstract:

Nous présentons le développement de nouvelles techniques d'imagerie optique à haute résolution dans les tissus biologiques, qui sont des milieux fortement diffusants pour les longueurs d'ondes visible et proche infrarouge. La première partie de ce manuscrit rappelle les propriétés optiques caractéristiques des tissus et les différentes approches expérimentales existantes à ce jour pour l'imagerie optique en profondeur dans ces milieux. En particulier, nous passons en revue les techniques de microscopie formant le contexte de ce travail : la microscopie confocale, la tomographie optique cohérente (oct) et la microscopie de fluorescence avec excitation non linéaire. Une attention particulière est accordée a la description de l'oct, à laquelle plusieurs innovations ont été apportées dans le cadre ce travail. La partie suivante décrit deux appareils conçus et réalises au cours de cette thèse. Le premier a démontré pour la première fois qu'il est possible d'introduire sur un imageur oct un dispositif de détection parallèle utilisant une camera ccd, ce qui élimine d'avoir à balayer la source ou l'échantillon. Le microscope construit sur ce principe est décrit, et des images obtenues dans des tissus végétaux sont présentées. Le deuxième appareil a démontré pour la première fois qu'il est possible de combiner en un seul instrument un microscope oct a balayage et un microscope de fluorescence avec excitation a deux photons. Ces deux modes de contrastes étant intrinsèquement différents, ils permettent d'obtenir des informations complémentaires sur un tissu. Par exemple, une double image morphologique et fonctionnelle peut être enregistrée a plusieurs centaines de microns de profondeur avec une résolution micrométrique. Nous décrivons

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Labroille, Guillaume. "Imagerie tridimensionnelle multiphotonique des tissus biologiques à l'aide d'impulsions façonnées." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00695044.

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Abstract:

Cette thèse présente l'utilisation d'impulsions ultracourtes pour des expériences de microscopie non-linéaire et d'optique quantique. Dans un premier temps, nous exposerons plusieurs techniques de façonnage d'impulsions et nous détaillerons en particulier le fonctionnement et la caractérisation de notre dispositif de façonnage. Nous étudierons l'utilisation d'un masque de phase 2D diffractif adressé optiquement qui permet un façonnage à la fois en phase et en amplitude spectrale. Par la suite, nous verrons comment le façonnage d'impulsions ultra-courtes peut être un outil efficace pour sélectionner les fluorophores excités en microscopie à deux photons. Pour cela, nous présenterons une expérience de contrôle cohérent de l'absorption à deux photons dans un embryon de drosophile vivant avec notre système de façonnage programmable. Ensuite nous décrirons un schéma de façonnage simplifié à base de prismes, qui, conjointement avec une approche de multiplexage temporel des impulsions, permet d'imager simultanément plusieurs fluorophores. Enfin, nous discuterons l'utilisation d'impulsions ultracourtes pour des expériences de mesures de temps et de dispersion à la limite quantique. Nous détaillerons en particulier une étude théorique et expérimentale d'un système de façonnage original à base de matériaux biréfringents pour produire la dérivée temporelle d'un champ électrique ou bien la dérivée temporelle de son enveloppe.

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Bordenave, Edouard. "Application du laser femtoseconde à l'imagerie de tissus biologiques en champ large." Bordeaux 1, 2002. http://www.theses.fr/2002BOR12563.

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Abstract:

Ce travail d'inscrit dans le contexte général de recherches sur l'imagerie optique in vivo en milieux diffusants et particulièrement dans les milieux biologiques. Dans ce but, trois méthodes expérimentales ont été développées, utilisant deux sources lasers infrarouges délivrant des impulsions ultracourtes entre 30 et 150 femtosecondes. Les trois techniques fournissent des images résolues en profondeur obtenues en configuration de rétrodiffusion, et elles ont aussi la particularité d'utiliser une acquisition bidimensionnelle ; aucun processus de balayage point par point de l'échantillon n'est alors requis. En conséquence, l'augmentation de la vitesse d'acquisition entraînera la possibilité de réaliser une imagerie entièrement in vivo. La première technique utilise les propriétés de faible cohérence temporelle d'une source laser impulsionnelle afin de réaliser des coupes transversales d'un échantillon biologique. Les deuxième et troisième techniques utilisent un laser femtoseconde amplifié afin de réaliser une porte optique temporelle ultrarapide par un processus non linéaire de génération de somme de fréquence. Nous montrerons notamment qu'à l'aide de la troisième technique il est possible de réaliser un "échographe optique" permettant d'obtenir des coupes longitudinales d'un tissu biologique in vivo en temps réel avec des résolutions supérieures à celles d'un échographe ultrasonore classique.

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Saygin, Mikhail. "Многомодовые перепутанные состояния в связанных оптических параметрических взаимодействиях и их применения в телепортации." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10157/document.

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Abstract:

La thèse est consacrée au développement de la théorie quantique de l’intrication et de la statistique non classique des champs optiques multimodaux dans les interactions paramétriques. Nous étudions également des applications de ce type de champs dans les schémas de l’information quantique. Nous considérons deux types d’interactions paramétriques, appelées concurrents et consécutifs, entre cinq modes du champ électromagnétique avec des fréquences différentes. Le premier type d’interaction est le processus de conversion de fréquence connu comme « parametric down-conversion » accompagné par « parametric up-conversion » : [Oméga]p=[Oméga]1+[Oméga]2, 2[Oméga]p=[Oméga]2+[Oméga]3, [Oméga]p+[Oméga]1=[Oméga]3. Nous démontrons que ces deux processus concurrent produisent une intrication de trois modes du champ électromagnétique avec les trois fréquences différentes. Nous trouvons les conditions optimales pour la création de ce type d’intrication. Le deuxième processus considéré dans la thèse est celle du « parametric down-conversion » accompagné par deux « parametric up-conversion » : [Oméga]p=[Oméga]1+[Oméga]2, [Oméga]p+[Oméga]1=[Oméga]3, [Oméga]p+[Oméga]2=[Oméga]4. Nous avons trouvé l’intrication entres les deux modes de basses fréquences [Oméga]1 et [Oméga]2 et les deux modes de hautes fréquences [Oméga]3 et [Oméga]4 . En appliquant le critère basé sur les valeurs symplectiques nous avons quantifié ce type d’intrication. Nous avons étudié des propriétés de champs avec plusieurs modes spatiaux dans les deux configurations de l’imagerie quantiques : le champ proche et le champ lointain. Dans les deux cas nous avons calculé le rapport signal à bruits et étudié son comportement en fonction des paramètres physiques. Nous avons également proposé et étudié un schéma pour téléportation des images optiques classiques et non classiques (intriquées). Nous avons évalué la fidélité de téléportation en fonction des paramètres de notre système tels que la taille de pixel dans la caméra de détection et la longueur de cohérence de l’émission paramétrique
The main goal of the thesis is to elaborate the quantum properties, such as entanglement and quantum statistics, of multi-frequency fields, both spatial single-mode and multimode, generated in coupled parametric wave interactions and consider some applications of these fields in quantum information schemes. In the thesis two coupled (also named as concurrent or consecutive) parametric interactions involving modes of five frequencies are considered. The first interactions are two parametric down-conversion processes accompanied by the up-conversion process: [Oméga]p=[Oméga]1+[Oméga]2, 2[Oméga]p=[Oméga]2+[Oméga]3, [Oméga]p+[Oméga]1=[Oméga]3. It has been shown that the resulting three-frequency optical field is in a three mode entangled state. We formulate the optimal conditions for creation of such type of entanglement. The other coupled interactions comprise one parametric down-conversion process with two up-conversion ones: [Oméga]p=[Oméga]1+[Oméga]2, [Oméga]p+[Oméga]1=[Oméga]3, [Oméga]p+[Oméga]2=[Oméga]4. The entanglement analysis, carried out for these interactions, suggests that the modes with frequencies [Oméga]1 and [Oméga]2 low-frequency modes) along with modes with frequencies [Oméga]3 and [Oméga]4 (high-frequency modes) exhibit two-mode entanglement. Moreover, the symplectic eigenvalue criterion has shown the presence of block entanglement between low-frequency and high-frequency modes. The properties of the spatially multimode fields, generated in the second type of interaction, were investigated for two configurations of quantum imaging schemes: the near-field and the far-field. For both configurations the signal-to-noise ratio and entanglement properties of the generated images have been studied in detail. The schemes for teleportation of entangled spatial single-mode states and entangled images using auxiliary quantum states obtained in the second interactions are proposed and thoroughly analyzed. The teleportation quality in dependence on the amount of entanglement in auxiliary fields and the states to be teleported has been studied. For the images teleportation scheme the influence of the detectors pixel size on the quality of teleportation has been analyzed

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El, Kass Moustafa. "Nanocristaux optiquement non linéaires pour des applications en imagerie biologique : synthèse et caractérisations d'iodate de fer en microémulsions." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00678462.

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Abstract:

Le développement de nanomatériaux à propriétés optiques et fonctionnalisés pour un marquage spécifique est en plein essor dans le domaine de l'imagerie biologique. Parmi les agents de contraste exogènes déjà utilisés, les marqueurs fluorescents tels que les nanocristaux semi-conducteurs (CdSe/ZnS,...) et les molécules organiques naturelles (GFP,...) ou synthétiques (fluorescéine,...) souffrent respectivement de clignotements (blinking) et de photo-blanchiment (bleaching) c'est-à-dire d'une faible tenue au rayonnement lumineux incident. Récemment, la microscopie de Génération de Second Harmonique (GSH) à partir de structures non-centrosymétriques de certains matériaux ou molécules optiquement non linéaires (ONL), s'est révélée un outil particulièrement prometteur. Les inconvénients du clignotement et du photo-blanchiment sont en effet absents pour le processus non linéaire de GSH. De plus, le principe de fonctionnement des marqueurs ONL repose sur un processus non résonant, contrairement aux marqueurs fluorescents, ce qui est un avantage décisif pour le choix de la longueur d'onde d'excitation des nanosondes. Pour des illuminations dans le proche infrarouge, cela permet de limiter l'énergie déposée dans le milieu biologique, d'augmenter la profondeur d'imagerie et enfin de bien séparer spectralement les signaux des marqueurs ONL de l'auto-fluorescence naturelle de certains échantillons. Notre objectif, dans ce contexte, était la synthèse et la caractérisation de nouvelles nanosondes ONL de forme sphérique et de taille inférieure à 100nm. Le matériau de structure cristalline non centrosymétrique retenu est l'iodate de fer (Fe(IO3)3) car ses éléments chimiques sont peu toxiques et que ses propriétés paramagnétiques peuvent également donner un contraste en imagerie par résonance magnétique (IRM) ce qui est potentiellement intéressant par rapport à d'autres cristaux ONL tels que ZnO, KNbO3, BaTiO3 et KTP. D'un point de vue synthèse, les microémulsions inverses sont bien référencées dans la littérature pour leur rôle de gabarit permettant un bon contrôle de la taille et de la morphologie des nanomatériaux obtenus par co-précipitation. Dans ce travail, les nano-réacteurs ont été préparés à partir des systèmes AOT/alcane/eau et Triton/1-hexanol/cyclohexane/eau. De manière très originale et pratique, le développement d'un banc optique de diffusion Hyper-Rayleigh (HRS) a permis de suivre in-situ et en temps réel les cinétiques de cristallisation des nanoparticules de Fe(IO3)3 en fonction de conditions expérimentales variables. Les mécanismes de croissance et de cristallisation des nano-bâtonnets de Fe(IO3)3 ont été élucidés en combinant d'autres techniques physico-chimiques usuelles comme la diffraction des rayons X, la diffusion dynamique de la lumière et la microscopie électronique en transmission. Nous avons démontré que la température et la nature du tensioactif influencent les forces d'interaction à l'interface organique-inorganique ce qui permet, pour certaines conditions expérimentales, de réduire la taille et la polydispersité des nanocristaux en fin de processus. Toutefois, avant d'envisager l'utilisation de ces derniers en tant que marqueurs optiques spécifiques, il est nécessaire d'encapsuler ces nanocristaux en raison de la faible stabilité du composé aux pH physiologiques. Les premiers essais de stabilisation en microémulsions par une couche de silice ont permis d'obtenir des nanoparticules de taille ~ 10 nm avec une forte réponse ONL. La caractérisation complète et la fonctionnalisation de ces nanostructures ainsi qu'une optimisation des interactions à l'interface particules - films de tensioactifs constituent les perspectives de ce travail.

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Ducourthial, Guillaume. "Développement d'un endomicroscope multiphotonique compact et flexible pour l'imagerie in vivo haute résolution de tissus biologiques non marqués." Thesis, Limoges, 2014. http://www.theses.fr/2014LIMO0004/document.

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Abstract:

La microscopie multiphotonique est un outil essentiel d’investigation en biologie cellulaire et tissulaire. Son extension à l’endoscopie est l’objet d’intenses efforts de recherche pour des applications en neurosciences (imagerie cérébrale du petit animal) ou en clinique (diagnostic précoce, aide à la biopsie). Ce manuscrit porte sur le développement d’un endomicroscope multiphotonique présentant des performances inédites. Ce dispositif est alimenté par un oscillateur titane-saphir standard. Vient ensuite un module de pré-compensation des distorsions linéaires et non linéaires se produisant dans la fibre endoscopique. Ce module permet d’obtenir des impulsions compressées de 39 fs à la sortie d’une fibre microstructurée air-silice innovante à double gaine de 5 mètres de long qui est optimisée pour l’excitation multiphotonique (cœur central de 3,4 µm à maintien de polarisation) et la collection du signal produit par les cibles biologiques. A l’extrémité de la fibre, on trouve une sonde endoscopique, de 2,2 mm de diamètre pour 37 mm de long, composée d’un micro-scanner à fibre optique et d’un micro-objectif achromatique de distance de travail supérieure à 400 µm. La résolution spatiale de l’appareil vaut 0,83 µm et l’acquisition se fait en simultané sur deux canaux spectraux à 8 images/s. L’appareil a permis l’enregistrement d’images in vivo sans marquage des tubules et de la capsule rénale, respectivement par fluorescence à deux photons des flavines et par génération de second harmonique du collagène, avec 30 mW sur les tissus et jusqu’à 300 µm sous la surface de l’organe
Multiphoton microscopy is an essential investigative tool in cell and tissue biology. Its extension to endoscopy is the subject of intensive research for applications in neuroscience (brain imaging of small animals) or clinical (early diagnosis, help for biopsy). This manuscript focuses on the development of an endomicroscope with multiphoton unprecedented performance. This device is powered by a standard titanium-sapphire oscillator. Then comes a pre-compensation module of linear and nonlinear distortions occurring in the endoscopic fiber. This module provides compressed pulses of 39 fs at the direct output of 5 meters long innovative double-clad air-silica microstructured fiber which is optimized for multiphoton excitation (polarization maintaining central core of 3.4 µm) and the collection of the signal produced by biological targets. At the end of the fiber, there is an endoscopic probe, 2.2 mm in diameter and 37 mm long, composed of a micro fiber scanning system and an achromatic micro-objective with a working distance greater than 400 µm. The spatial resolution of the device is 0.83 µm and the acquisition is done simultaneously on two spectral channels at 8 frames/s. The device has recorded in vivo images without label of the tubules and the renal capsule, respectively by two-photon excitation fluorescence of flavins and second harmonic generation of collagen, with 30 mW on the tissues and 300 µm below the surface of the organ

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Bélanger, Erik. "Développement et utilisation d'une plateforme d'imagerie optique quantitative, multimodale et non linéaire de la moelle épinière chez les animaux vivants." Doctoral thesis, Université Laval, 2013. http://hdl.handle.net/20.500.11794/24192.

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La microscopie optique chez les animaux vivants est un outil de recherche prometteur pour l’avancement de la neurobiologie. L’imagerie intravitale offre un aperçu en direct de la réponse des cellules individuelles aux dommages affectant le système nerveux. Combinée à la vaste gamme de souris transgéniques disponibles commercialement et compatibles avec différents modèles animaux de maladies neurodégénératives, la microscopie in vivo favorise la compréhension du déroulement des pathologies et du fonctionnement des thérapies. Il est capital de travailler à l’émergence de cet outil, qui se présente comme une stratégie dotée d’un énorme potentiel. Le projet de doctorat décrit dans cette thèse porte donc sur le développement et l’utilisation d’une plateforme de microscopie quantitative, multimodale et non linéaire pour l’imagerie de la moelle épinière chez les animaux vivants. Premièrement, nous avons enrayé la dépendance en polarisation de l’intensité du signal de diffusion Raman cohérente (CARS, « coherent anti-Stokes Raman scattering »), de façon à adapter les images à l’interprétation histologique. Nous avons appliqué cette technique afin d’étudier l’histologie de la myéline de la moelle épinière du rat. En second lieu, nous avons proposé une nouvelle procédure d’analyse d’images compatible avec l’imagerie d’animaux vivants, dans le but de faire de l’histologie des axones myélinisés. Nous avons alors quantifié, dans un modèle de blessure par écrasement d’un nerf, la démyélinisation proximale et la remyélinisation distale au site de lésion ex vivo et in vivo respectivement. Troisièmement, nous montrons que l’imagerie de CARS de la moelle épinière de souris vivantes peut être réalisée avec un microendoscope, et ce tout en conservant sa compatibilité avec le signal de fluorescence par excitation à deux photons. Finalement, nous discutons d’une stratégie de traitement numérique d’images pour réduire les artefacts reliés au mouvement de l’animal. Cette technique permet l’étude histologique de la myéline et la quantification de la motilité des cellules microgliales dans leur environnement natif. En définitive, cette thèse démontre que la microscopie de CARS in vivo progresse peu à peu vers un outil grand public en neurobiologie.
Optical microscopy in living animals is a promising research tool for the evolution of neurobiology. Intravital imaging offers a live preview of how individual cells respond to the nervous system damages. Applying in vivo microscopy to a panoply of transgenic mice used with different animal models of neurodegenerative diseases promotes the understanding of the progress of pathologies and the comprehension of how therapies work. It is thus essential to promote the emergence of optical microscopy technologies in living animals because it is a strategy with great potential. Therefore, the project described in this doctoral thesis focuses on the development and use of a microscopy platform for quantitative, multimodal and nonlinear imaging of the spinal cord in living animals. First, we alleviated the polarization dependence of the coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) signal intensity. This strategy makes images more amenable to histological interpretation. With this technique, we studied the histology of myelin in the rat spinal cord. Secondly, we proposed a new image analysis procedure compatible with live animals imaging in order to achieve the histology of myelinated axons. We quantified the demyelination proximal, and remyelination distal to the crush site ex vivo and in vivo respectively. Third, we showed that CARS imaging of the spinal cord in living mice can be achieved with a microendoscope, and this while maintaining compatibility with the two-photon excitation fluorescence signal. Finally, we discuss a digital image processing strategy that reduces imaging artifacts related to movement of the animal. This technique allows the histological study of myelin and the quantification of the motility of microglial cells in their native environment. Ultimately, this thesis demonstrates that in vivo CARS microscopy progresses gradually towards a robust tool for research in neurobiology.

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Del, Rio Louis. "Utilisation d’un processus d’optique non linéaire en somme de fréquences dans le cadre de l’optique cohérente appliquée à l’imagerie haute résolution." Limoges, 2009. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/b72793dd-5942-49de-87c0-ca3332ab309a/blobholder:0/2009LIMO4070.pdf.

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Abstract:

Le travail présenté dans cette thèse tend à faire un premier pas vers l’utilisation de l’optique non linéaire dans le contexte interférométrique de la synthèse d’ouverture en astronomie optique. L’objectif principal de ce travail consiste à caractériser expérimentalement un phénomène d’interférences de signaux infrarouges en transférant les propriétés vers les signaux convertis dans le domaine visible par somme de fréquences. Les signaux infrarouges seront mélangés avec un laser de pompe monochromatique et polarisé rectilignement à 1,064 μm dans un cristal non linéaire PPLN (Niobium de Lithium à polarisation périodiquement inversée) de type massif ou guide d’onde afin d’être converti à une longueur d’onde de 632 nm. Cette opération est effectuée en entrée des deux voies d’un interféromètre fibré. Les signaux convertis sont ensuite recombinés, mélangés et comparés aux résultats obtenus par un interféromètremonté en parallèle et travaillant directement à la longueur d’émission des sources infrarouges à 1,55 μm. Dans la pratique, nous avons effectué nos expériences dans une configuration des plus simples afin de mesurer la cohérence temporelle puis spatiale des sources en analysant les signaux convertis. Tout d’abord nous avons utilisé un rayonnement bi-fréquences centré autour 1,55 μm avec un faible écart spectral pour démontrer expérimentalement le transfert de la cohérence temporelle par somme de fréquences, conséquence du théorème de Wiener Kinchine. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé un doublet spatial à 1,55 μm pour démontrer expérimentalement le transfert de la cohérence spatiale, conséquence du théorème de Zernike Van Cittert
The main scope of the present thesis is to pave the way for the use of non-linear optics in the context of interferometric synthetic aperture in astronomy. The principal achievement is the experimental characterization of the interference of infrared signals with an interferometer working at visible light. This fact is made possible through the use of a nonlinear up-conversion mechanism which preserves the information of the phase front of the signal. The infrared signals at 1,550 μm have been mixed with a common monochromatic pump laser linearly polarized at 1,064 μm in periodically poled Lithium Niobate crystals. Either bulk crystals or waveguides have been used to obtain final up-converted radiations at 632 nm. The simplest case of stellar interferometer combines the radiation of two telescopes. To replicate the same observation at visible wavelengths, we used two distinct up-conversion stages driven by a common pump. The up-converted signals are then recombined andmixed. Such results have been systematically compared with those obtained by a parallel experimental setup based on an infrared interferometer working as a reference. We have focused our experiments to very simple and archetypal configurations in which we measured their temporal or spatial coherence by analyzing the up-converted radiations. In a first set of experiments the signal was composed by a doublet of closely spaced frequencies a bi-frequency radiation centered around 1. 55 μm with a low spectral gap. Our scope was to demonstrate experimentally that the up-converion by sum frequency generation keeps preserved the temporal coherence, as a consequence of theWiener Kinchine theorem. In a second set of experiments, we used a spatial doublet at 1. 55 μm to demonstrate that the same wavelength up-conversion also preserves the spatial coherence, as predicted by the corresponding theorem of Van Cittert Zernike

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Amiot, Caroline. "Nouvelles techniques de detection et d'imagerie avec des sources supercontinuum dans l'infra-rouge." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCD043.

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Abstract:

Les méthodes de mesure optiques sont très performantes avec une sensibilité et une résolution généralement supérieure aux autres techniques, et elles possèdent aussi l’avantage d’être sans contact et non invasives. Cette thèse introduit plusieurs nouvelles techniques de détection optique et d'imagerie basées sur l’utilisation de sources super continuum dans l’infrarouge.Les propriétés uniques de ce type de source lumineuse, en particulier leur large bande spectrale combinée à une cohérence spatiale parfaite,permettent d’obtenir des performances supérieures en terme de résolution ou de sensibilité.Les techniques proposées sont expérimentalement démontrées et leurs performances caractérisées.La thèse démontre une technique de spectroscopie par absorption en cavité résonnante ainsi qu’une technique de spectroscopie par effet photo-acoustique, pour la première fois dans l’infrarouge moyen. La thèse introduit un nouveau concept de détection et d'imagerie par corrélations,équivalent à l’imagerie fantôme mais dans le domaine spectral, et son application à la spectroscopie par absorption ainsi qu'à la tomographie par cohérence optique d'objets physiques sont démontrées. Les techniques proposées et étudiées dans cette thèse ouvrent de nouvelles perspectives pour la détection sensible et l’imagerie dans l’infrarouge. De manière plus générale,les concepts introduits étant génériques, ils peuvent être étendus à d’autres régions du spectre électromagnétique et les travaux présentés sont amenés à stimuler de nouvelles idées et de nouveaux développements pour les techniques de détection et d'imagerie optiques
The ability to detect substances or molecules with high sensitivity and to image objects with high resolution plays an important role in our everyday life as well as in advances in understanding fundamental phenomena. Optical techniques are generally highly beneficial for this purpose as they are intrinsically remote, non-invasive and exhibit superior sensitivity and resolution. In this context, it is thus not surprising that a wide range of sensing and imaging techniques have been developed in the past decades and are continuously the subject intense research. The performance of these methods depends dramatically on the type of light source that is used and it is therefore essential to tailor the light source properties to the intended method of application.A spectral region which has recently attracted a wide interest is the mid-infrared corresponding to the molecular fingerprint region and the atmospheric transparency window. This in turn has triggered renewed research effort into adapting existing technique to this particular region of the electromagnetic spectrum including the light sources and detection schemes. This thesis reports novel, proof-of-concept, broadband optical sensing and imaging techniques in the infrared using supercontinuum light, a class of light sources with unique properties. The techniques are experimentally demonstrated and their performances discussed.Specifically, the thesis demonstrate incoherent broadband cavity enhanced absorp- tion spectroscopy in the mid-infrared wavelength range from 3000 to 3450 nm. Multi-component gas detection with sub-ppm accuracy is achieved in this range, which constitutes the widest continuous detection range for this technique in the mid-infrared.Cantilever-enhanced photoacoustic spectroscopy in the mid-infrared is also demonstrated for the first time in this thesis. The approach is broadband and allows for higher photoacoustic signal intensity and enhanced signal-to-noise ratio as compared to conventional systems that use back-body radiation sources. These results offer novel perspective for photoacoustic detection opening the door to sensitive broadband and compact analysers in the mid-infrared spectral region.Exploiting the shot-to-shot fluctuations of an incoherent supercontinuum and the recent progress in ultrafast real-time spectral measurement techniques, the thesis finally reports on a novel proof-of-concept correlation sensing and imaging method in the form of spectral-domain ghost imaging. The method is fast, scan-free, and offer new opportunities for remote sensing in scattering and absorbing media, or in spectral regions where sensitive detectors are lacking. Application of this technique to broadband spectroscopic measurements gases as well as for interferometric imaging of physical objects is demonstrated. One can legitimately expect that the work presented in this thesis will foster new ideas and developments for optical sensing and imaging

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Mahou, Pierre. "Microscopie non linéaire de tissus biologiques : excitation multicouleur, faisceaux de Bessel, et excitation en nappe de lumière." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00840186.

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Abstract:

Le travail effectué au cours de cette thèse a porté sur le développement et la mise en œuvre de nouvelles stratégies en microscopie non linéaire permettant d'augmenter le nombre de signaux non linéaires simultanément observables d'une part, et la vitesse d'acquisition d'autre part. Dans un premier temps, nous avons exploré la possibilité de produire des signaux multiples au moyen de deux trains d'impulsions synchronisés de longueur d'onde centrale distincte. Nous avons montré que cette approche permet d'exciter de façon optimale et simultanée trois protéines fluorescentes respectivement bleue, jaune, et rouge. Une application de cette méthode consiste à imager de grands volumes de tissus marqués avec des transgènes Brainbow dans le but d'étudier la connectivité ou le lignage cellulaire. Plus généralement, nous avons montré que cette approche permet de combiner plusieurs signaux non linéaires tels que la fluorescence, la génération de seconde (SHG) et de troisième (THG) harmoniques, ainsi que le mélange à quatre ondes (FWM). Dans un deuxième temps, nous avons étudié la possibilité d'augmenter la vitesse d'imagerie. Pour cela, nous avons mis en œuvre plusieurs manières de produire des faisceaux de Bessel focalisés afin d'augmenter la profondeur de champ d'un microscope à balayage. Enfin, en vue d'augmenter la vitesse d'acquisition tout en préservant le sectionnement optique, nous avons construit un microscope biphotonique à nappe de lumière de profil spatial programmable. Dans cette géométrie nous avons comparé les propriétés d'imagerie de profils d'excitation de type gaussien et de Bessel pour des applications en biologie du développement.

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Le, Droumaguet Céline. "Ingénierie de fluorophores pour l'absorption à deux photons et applications." Rennes 1, 2007. http://www.theses.fr/2007REN1S004.

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Abstract:

L’absorption à deux photons (ADP) connaît aujourd’hui un engouement grandissant dû aux nombreuses applications que présente ce phénomène dans des domaines variés (imagerie biologique, limitation optique, microfabrication. . . ). Après une description de l’ADP, des avantages de ce processus et des différents absorbeurs à deux photons déjà existants, ce travail décrit la mise en place d’une ingénierie d’octupôles permettant d’accéder à des fluorophores dont l’émission de fluorescence peut être modulée du bleu au rouge et présentant une forte excitabilité à deux photons dans la gamme 700‑1000 nm. Des relations structure-propriétés ont été établies ce qui a permis une optimisation de ces systèmes octupolaires. L’utilisation des fluorophores synthétisés en imagerie biologique et dans des matériaux de type sol-gel sera aussi discutée. Enfin, la dernière partie de ce travail a permis d’accéder à des fluorophores optimisés pour l'absorption à deux photons dérivés du motif dipyrrométhène de bore
Two-photon absorption (TPA) has attracted growing interest over recent years owing to its applications in various fields such as biological imaging, optical limitation, as well as 3D microfabrication. After introducing the field of TPA, the advantages of this process and the main two-photon absorbing fluorophores, this work describes the engineering of octupolar compounds, leading to a modular emission from the blue to the red region and to an enhancement of the two-photon fluorescence in the 700-1000 nm range. Relationships between structures and properties have been established and allowed to optimize these octupolar systems. The use of these fluorophores in biological imaging and in sol-gel materials is discussed. The last part of the work deals with a new concept of two-photon probes based on the association of a two-photon absorbing core with peripheral boron dipyrromethene emitting moieties

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Hage, Charles-Henri. "Sources optiques fibrées pour applications biomédicales." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00907642.

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Abstract:

Ce mémoire présente les travaux effectués sur le développement d'une source optique servant à des applications d'imagerie biomédicale en général et de diffusion Raman cohérente en particulier. En effet la diffusion de ces dernières est freinée par le verrou technologique que constitue la nécessité de deux impulsions synchronisées et décalées en longueur d'onde. La praticité et les possibilités de conversions de fréquences offertes par l'optique non-linéaire fibrée sont ainsi utilisées pour adresser ce verrou technologique. Tout d'abord, une source simplement réglable en longueur d'onde est générée par l'effet d'auto-décalage en fréquence optique d'un soliton par effet Raman. Une étude des principaux paramètres de fibre aboutit à des décalages de 320 à plus de 500 nm, permettant une imagerie des résonances d'intérêt (≈ 1000-4000 cm-1). Deux applications de ce décalage sont présentées. Ensuite, l'autre impulsion voit sa largeur spectrale réduite de 70 à 10 cm-1 par compression spectrale, qui consiste en un "regroupement non-linéaire de fréquences sans pertes", afin de bénéficier de la résolution spectrale nécessaire. Enfin, la source développée est validée par l'acquisition de spectres CARS de différents échantillons de référence, pour différentes résonances (850 à 1750 cm-1). Une extension de la source à d'autres types d'imagerie est proposée, ainsi qu'une architecture de source quasiment entièrement fibrée exploitant les principes développés au cours de cette thèse

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Porrès, Laurent. "Chromophores multipolaires pour l'absorption à deux photons : conception, synthèse, relations structures-propriétés et applications." Rennes 1, 2004. http://www.theses.fr/2004REN10025.

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Abstract:

L'absorption à deux photons (ADP) suscite actuellement un intérêt croissant dans la communauté scientifique, portée par ses nombreuses applications. Pour cela, le développement de nouveaux composés, spécifiquement conçus pour l'ADP, est primordial. Après un inventaire des absorbeurs biphotoniques existants, ce travail décrit la mise en place d'une ingénierie de systèmes multipolaires nanométriques, menant à de nouveaux chromophores organiques possédant de très fortes sections efficaces d'ADP. Des relations structures-propriétés, permettant l'optimisation de ces systèmes moléculaires, ont été dégagées à partir des mesures de leurs propriétés optiques linéaires et non-linéaires. L'effet de l'augmentation de la dimensionnalité de ces systèmes sur l'ADP a également été examiné, à travers l'étude de systèmes branchés. L'ingénierie développée ici a permis d'obtenir des quadripôles très efficaces en limitation optique, et des composés octupolaires pour l'imagerie du vivant dans le proche-IR.

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Gallagher, Joseph. "Adaptive optics for fluorescence correlation spectroscopy." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY054/document.

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Abstract:

Ce projet de recherche conjugue deux aspects complémentaires : le développement d’un montage de microscopie intégrant un système d'Optique Adaptative (OA) et l’étude de masses cancéreuses (Sphéroïdes Multicellulaires) sous pression mécanique.Ces deux axes seront mutuellement bénéfiques puisque l’implémentation de l’OA rendra possible l’imagerie et les mesures physiques au sein des sphéroïdes ; d’un autre côté, l’étude des sphéroïdes permettra de caractériser les aberrations induites par ce type d’échantillons et de mieux comprendre les exigences sur le système d’OA qu’imposent l’observation de ces échantillons ainsi que les limites de la microscopie optique dans les tissus biologiques
This research project combines two complementary aspects: the development of an assembly incorporating an Adaptive Optics microscope system and the study of cancerous masses (multicellular spheroids) under mechanical pressure.These two axes are mutually beneficial since the implementation of the adaptive optics will enable imaging and physical measurements in spheroids; On the other hand, the study of spheroids will characterize the aberrations induced by this type of samples and understand the requirements of the adaptive optics system imposed by the observation of these samples as well as the limits of optical microscopy in biological tissues

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Toulemonde, Matthieu. "Formation de voies en émission et en réception pour l'amélioration de l'imagerie ultrasonore : application à l'imagerie non linéaire des tissus biologiques." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10262/document.

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Abstract:

L'échographie est aujourd'hui une technique d'imagerie de diagnostic répandue. Si l'imagerie dite ‘classique' basée sur la réponse linéaire des tissus est couramment utilisée, l'imagerie harmonique, basée sur la réponse non linéaire des tissus, est maintenant aussi utilisée en routine clinique. L'estimation du paramètre de non linéarité d'un milieu par une technique ultrasonore amène de nouvelles perspectives en termes d'imagerie et de diagnostic. Cependant, la méthode de mesure du paramètre de non linéarité est limitée par deux facteurs, la présence du speckle et la concentration de l'énergie à une profondeur donnée (la zone focale). Cette thèse a pour objectifs de répondre aux deux limitations mentionnées précédemment en proposant de nouvelles méthodes de lissage de l'image pour réduire le speckle et d'améliorer l'estimation du paramètre de non linéarité en mode écho par de nouvelles méthodes d'émission. Dans un premier temps, il a été proposé d'utiliser une méthode de filtrage spatiale basée sur des filtres orthogonaux (filtres de Thomson) lors de la formation de voie en réception pour lisser le speckle. Ce filtrage spatiale intervient après la transmission d'ondes planes sous différents angles pour améliorer la résolution spatiale et le contraste tout en accélérant la cadence d'imagerie. Dans un deuxième temps, l'estimation du paramètre de non linéarité est faite avec une méthode comparative. Le champ de pression du second harmonique d'une zone de référence est comparé avec le champ de pression d'une zone dont le paramètre de non linéarité est inconnu. Cependant, dans le cas des images échographiques, le champ de pression du second harmonique n'est pas accessible. Nous faisons l'hypothèse que la pression acoustique locale est liée à l'intensité de l'image échographique si le speckle est réduit et lissé. La transmission d'ondes planes et l'application de filtres orthogonaux permet de mieux délimiter le paramètre de non linéarité par rapport à une transmission focalisée
Nowadays, ultrasound imaging is a common diagnostic tool thanks to its non-invasive behavior and relatively cheap equipment. Classic medical echographic imaging is based on the linear response of the biological tissue. However harmonic imaging, based on the harmonic frequencies generated by the nonlinear properties of the tissue, is more and more used for clinical application. The quantification of nonlinearity is based on the evaluation of the nonlinearity parameter which strongly influences the harmonics generation. The nonlinearity parameter estimation using an echographic approach would bring new modalities for imaging and diagnosis. However the echographic method for nonlinearity estimation is limited by two factors: the presence of speckles in the image and the focalization used during transmission, which concentrates the energy at one particular depth. The objectives of this thesis work are developing novel approaches to reduce the speckle noise using original smoothing techniques and improving the nonlinearity parameter estimation in echo mode using new transmission-reception strategies. Firstly, new speckle noise reduction approaches were investigated. The Thomson’s multitaper approach was proposed, consisting in using several different orthogonal apodizations during beamforming. This method was combined to a coherent plane-wave compounding transmission-reception strategy improving the spatial resolution and the contrast while improving the frame rate. In a second time, the nonlinearity parameter was estimated using a comparative method. The second-harmonic pressure field of a reference area was compared to the pressure field of an area where the nonlinearity parameter is unknown. However in echo-mode, the pressure field of the medium is unknown. It is assumed in this thesis work that the local pressure can be derived from envelope image local amplitude if the speckle noise is smoothed. The nonlinearity parameter estimation has been improved using plane-wave transmission and orthogonal apodizations compared to the use of a single focalization transmission
Oggigiorno, le tecniche di imaging ad ultrasuoni sono un comune strumento di diagnosi, grazie alla loro non invasività e alla relativa economicità dei sistemi. La risposta lineare dei tessuti biologici è la base per le tecniche di imaging ecografico tradizionali. La generazione di frequenze ad armoniche superiori da parte dei tessuti può essere sfruttata per sviluppare tecniche di imaging innovative (i.e., imaging armonico), che sono sempre più utilizzate per applicazioni cliniche. Tali tecniche sono basate sul metodo di valutazione del parametro di non linearità che influenza fortemente la generazione delle armoniche all’interno dei tessuti. I metodi per la stima dei suddetti parametri sfruttano solitamente un approccio ecografico tradizionale. Di conseguenza, gli effetti legati alla focalizzazione impiegata durante la trasmissione, che concentra l’energia ad una particolare profondità, e la presenza di speckle nell’immagine finale, rendono più incerta la stima del parametro di non linearità. In questa tesi sono proposti metodi innovativi finalizzati a due scopi: ridurre, nelle immagini, il rumore dovuto a speckle, tramite l’adozione di nuove tecniche di smoothing; migliorare la stima dei parametri di non linearità, tramite l’impiego di nuove strategie di beamforming in trasmissione e ricezione. Per ridurre il rumore dovuto a speckle, è stato proposto un approccio di filtraggio spaziale basato sull’impiego dei filtri di Thomson. Tale tecnica consiste nell’impiego di numerose apodizzazioni ortogonali fra di loro in fase di beamforming. Il metodo è stato in particolare combinato con la tecnica di imaging coherent plane-wave compounding, con lo scopo di migliorare la risoluzione spaziale e il contrasto e, al contempo, incrementare il frame rate. Il parametro di non linearità è stato misurato tramite un approccio comparativo. Il campo di pressione della seconda armonica in un’area di riferimento dell’immagine è stato confrontato con quello di un’area in cui il parametro di non linearità è ignoto. In questa tesi, grazie alla riduzione del rumore speckle, è stato possibile assumere che il campo di pressione

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Shi, Limiao. "Organic and Organometallic Porphyrins for Optics." Thesis, Rennes, INSA, 2019. http://www.theses.fr/2019ISAR0015.

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Abstract:

Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes concentrés sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux composés à base de porphyrine. Ces architectures moléculaires ont été élaborées pour leurs propriétés optiques linéaires (OL) et non linéaires (ONL), particulièrement pour leurs propriétés d'absorption à deux photons (ADP). Les processus de transfert d'énergie des bras donneurs vers le cœur porphyrine sont aussi discutés. Tout d'abord, en Introduction (Chapitre I), nous présentons le contexte général de la chimie des porphyrines selon cinq aspects: (1) la structure, (2) les méthodes de synthèse, (3) les propriétés en OL et (4) les propriétés en ONL (5) la thérapie photodynamique (PDT). Nous avons aussi brièvement reporté les travaux antérieurs de notre groupe sur ce sujet puis proposé de nouvelles molécules, basées sur ces résultats. Dans le second chapitre, une série de porphyrines contenant des bras fluorényles liés par des liaisons double, avec des longueurs croissantes, a été préparée et étudiée. Ces composés ayant des propriétés optiques intéressantes, montrent que l’extension de la longueur des bras fluorényles permet d’améliorer les sections efficaces d’ADP. À la fin de ce chapitre II, nous présentons la synthèse de la porphyrine en forme d’étoile, la plus étendue de la série, possédant cinq fluorényles reliés par des doubles liaisons. Les études d’optiques sont en cours. Dans le chapitre III, composé de deux parties : (i) Nous avons commencé par la synthèse d'une série de porphyrines avec du carbazole et de la diphénylamine comme groupes terminaux ou comme points de jonction de dendrimères. Leurs propriétés optiques ont été étudiées et montrent que les porphyrines avec la diphénylamine sont les plus efficaces; (ii) Compte tenu de ces résultats; nous avons alors concentré nos efforts sur la synthèse de porphyrines en forme d'étoile possédant des bras fluorényles avec des liaisons vinyle et alcynyle et décorées avec la diphénylamine. Dans le chapitre IV, tourné vers les applications médicales, pour la première fois nous avons élaboré des fluorényl-porphyrines portant des chaînes hydrophiles et aussi des sucres pour la thérapie cancéreuse (2P PDT). En collaboration avec le Dr Gary-Bobo des résultats de photosensibilisation et de biocompatibilité ont été obtenus in vitro sur des cellules cancéreuses, il a été montré que ces molécules étaient efficaces pour l'imagerie par fluorescence et aussi pour la thérapie. Dans le dernier chapitre de ce travail (chapitre V), une série de porphyrines organométalliques fonctionnalisées en périphérie avec des antennes linéaires ou dendritiques, décorées d’acétylures de ruthénium a été préparée. Afin d’optimiser les propriétés ONL, nous avons étudié trois stratégies pour étendre le système π de ces antennes, notamment (i) avec des doubles liaisons (ii) avec des groupes terminaux donneurs (iii) en utilisant des structures dendrimères. Les études d’optiques de ces nouvelles porphyrines organométalliques sont en cours
During this thesis, we have focused on the synthesis and characterization of new compounds using the porphyrin macrocycle as the base of our structures. These new molecular architectures were elaborated for their linear (LO) and nonlinear optical (NLO) properties, especially their two-photon absorption properties (2PA). Their energy transfer processes from the donor arms to porphyrin core are also discussed. First of all, as an Introduction (Chapter I) we present the general background of the porphyrin chemistry based on five aspects: (1) structure, (2) synthetic methods, (3) LO properties and (4) NLO properties (5) PDT therapy. We further reviewed prior porphyrin studies done in our group and proposed new molecular designs based on these results. In the second chapter, a series of new porphyrins containing double bonded connected fluorenyl arms, with increasing lengths, were prepared and studied. These compounds present interesting optical properties, showing that the extension of the fluorenyl antennae can enhance the 2PA cross-sections. At the end of this Chapter II, as perspective; we propose the synthesis of our most extended star shaped porphyrin; going to five fluorenyl units, the optical studies are in progress. Next, chapter III is divided in two parts: (i) we started out by the synthesis of a series of porphyrins with carbazole and diphenylamine as endgroups or as dendrimer junction points. Their optical properties were studied and obviously porphyrins with diphenylamine are the most efficient; (ii) Given these results; we focused our efforts on the synthesis of star shaped porphyrins possessing fluorenyl arms with vinyl and alkynyl connections and decorated with diphenylamine endgroups. In Chapter IV, we focused on medical applications; so porphyrins bearing water solubilizing chains, as well as sugar for cancer therapy (2P PDT) were synthesized for the first time in this work. In collaboration with Dr. Gary-Bobo, photosensitization and biocompatibility studies have been done and these porphyrins show to be efficient nontoxic 2P photosensitizers allowing also fluorescence imaging, thus demonstrating their theranostic potential. In the last chapter of this work (Chapter V), a series of organometallic porphyrins functionalized at the periphery with linear or dendritic antennae, decorated with ruthenium acetylides are prepared. In order to optimize the NLO properties, we studied three strategies to extend the π system of these antennas, notably (i) with double bonds (ii) with donor end groups (iii) using dendrimer structures. Optical studies of these new organometallic porphyrins are in progress

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Amara, Mohamed Kamel Eddine. "Applications de l'effet photoréfractif en métrologie optique : velocimetrie holographique par imagerie de particules & vélocimétrie Doppler laser." Rouen, 1998. http://www.theses.fr/1998ROUES019.

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Abstract:

La PIV permet de cartographier des distributions de vitesses dans les écoulements divers, flammes, jets, elle n'est cependant pas adaptée à l'étude de distributions de vitesses à trois composantes dans un volume d'étude. Des systèmes associant l'holographie à la PIV ont permis d'étendre l'étude aux volumes en utilisant des plaques photosensibles. Ils sont donc lents à cause du développement chimique et souffrent d'un RSB moyen. Dans la première partie de ce travail, un système de HPIV utilisant un cristal photoréfractif, support dynamique totalement recyclable, a été réalisé. Il se base sur l'enregistrement holographique instantané de plusieurs nappes dans le volume d'un cristal BSO. L'exploitation des puissances spectrales, via un calcul d'auto-corrélation, permet de déterminer les composantes de vitesses transversales. Une méthode de calcul de phase a été élaborée pour déterminer la composante axiale des vecteurs vitesses. Les tests de faisabilité se sont avérés encourageants. Dans la seconde partie de ce travail, on a procédé à une étude théorique de faisceaux non-diffractants produits par diffraction d'une onde convergente sur une ouverture annulaire. Pour compenser la faible efficacité de conversion, on a eu recours à une amplification optique des faisceaux par mélange à deux ondes dans un cristal photoréfractif Batio#3. On a montré aussi que, dans la LDV avec des faisceaux gaussiens, des erreurs d'estimations de vitesses de particules peuvent être induites à cause de la variation de l'interfrange dans le volume d'étude. Celles-ci peuvent être réduites par l'utilisation de faisceaux non-diffractants.

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Genthial, Rachel. "Caractérisation du réseau lacuno-canaliculaire osseux par microscopie optique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY058/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude du réseau lacuno-canaliculaire (Lacuno-canalicular Network : LCN) osseux grâce à différentes techniques de microscopie optique. Le LCN correspond à l'empreinte dans la matrice osseuse du réseau ostéocytaire formé de cellules dendritiques (les ostéocytes) interconnectées. Bien qu'il joue un rôle majeur dans la formation, le remodelage et le maintien des propriétés biomécaniques de l'os, les informations sur ce réseau cellulaire dans sa globalité restent limitées. Cela provient notamment de la difficulté à caractériser ce réseau dense et complexeavec une résolution sub-micrométrique sur des échelles allant jusqu'à l'organe entier. Dans cetravail de thèse nous avons cherché à améliorer la caractérisation du LCN en utilisant deux approches : la mise en place d'une méthode d'analyse du LCN à grande échelle à partir dela microscopie confocale d'une part et l'évaluation du potentiel de la microscopienon linéaire pour l'étude du LCN d'autre part.Dans un premier temps nous avons mis au point un protocole allant de la préparation des échantillons jusqu'au traitement des images et à l'analyse des données afin d'optimiser l'imagerie confocale des tissus osseux dans le but d'obtenir une analyse quantitative du réseau à grande échelle. Les résultats préliminaires mettent en évidence une grande variabilité des paramètres du réseau à toutes les échelles révélant la complexité de celui-ci. Cette analyse a été mise en pratique afin d'étudier les variations du LCN à l'échelle d'un fémur entier de souris.Dans un second temps, nous avons évaluer le potentiel de la microscopie optique non linéaire et notamment de la génération de troisième harmonique (THG) pour l'imagerie et l'étude du LCN. Nous avons tout d'abord montré la possibilité de visualiser le LCN, sans marquage fluorescent, grâce à la microscopie THG. A partir de cette preuve de principe nous avons expliqué l'origine des contrastes observés dans l'os par microscopie THG : un signal provenant des porosités et permettant de visualiser le réseau et un signal de fond structuré provenant des interfaces entre les fibrilles de collagène. Nous avons également évaluer les possibilités de la combinaisons de signaux non linéaires, principalement ceux de la THG et de la SHG (génération de seconde harmonique) qui permettent de visualiser simultanément le réseau et la matrice de collagène respectivement. Une corrélation entre la structure du réseau et l'organisation du collagène a pu être établie grâce à la visualisation de ces deux signaux sur de grandes échelles. Enfin des résultats quantitatifs sur le LCN ont pu être obtenus à partir des images THG permettant une étude des effets de la micro-gravité sur la structure de ce réseau
This thesis focuses on the study of bone lacuno-canalicular network (LCN) using different optical microscopy techniques. The LCN is the porosity network in the bone matrix where the cellular network lie. It is formed of dendritic cells: the osteocytes which are connected to each other. Although it plays a major role in the formation, remodeling and maintenance of biomechanical properties of bone, only little is known about this network as a whole. This can be explain by the difficult characterization of such a dense and complex network with sub-micron resolution and scales up to the entire organ. In this work we have sought to improve the characterization of the LCN using two approaches: the development of a method to analyse the network on large scale using confocal microscopy on one hand, and the assessment of the potential of non linear microscopy technique to study the LCN on the other hand.First, we have developed a protocol from sample preparation to image processing and data analysis to optimize confocal imaging of bone tissue in order to obtain a quantitative large scale analysis of the network. Preliminary results show a wide variation of network parameters at all scales revealing its complexity. This analysis was then used in order to assess changes in the LCN across an entire mice femur.Secondly, we study the potential of the non-linear optical microscopies especially the third harmonic generation (THG) microscopy for imaging and the study of the LCN. Initially, we demonstrated the ability to visualise the LCN without fluorescent labelling using THG microscopy. From this proof of concept we explained the origin of the different ThG microscopy contrasts observed in bone tissue: a signal from the porosities allowing to visualize the network and a structured background signal generated at the interfaces between collagen fibrils. We also assess the possibilities of combinations between different non-linear signals, mainly THG and SHG (second harmonic generation) that can simultaneously image the network and the collagen matrix respectively. A correlation between the network structure and collagen organization has been established using the visualization of these two signals over large scales. Finally quantitative parameters of the LCN were obtained from THG images and applied to study the effects of microgravity on the cellular network structure

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Ngo, Ndimba Alphonsine L. "Photoactive molecular assemblies for optical limiting and bio-imaging." Thesis, Rennes 1, 2020. http://www.theses.fr/2020REN1S103.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous ciblons de nouveaux absorbeurs biphotoniques pour la bio-imagerie et la limitation optique. Nous nous sommes intéressés plus précisément à des octupôles, structures connues pour posséder des propriétés intéressantes en optique non-linéaire et plus particulièrement en absorption à deux photons. Ainsi, les cœurs isocyanurate et 1,3,5-triazine, connus comme étant des accepteurs, mènent à des octupôles bidimensionnels lorsqu’ils sont substitués de façon symétrique. Pour lors, les isocyanurates ont été peu étudiés pour l’optique non linéaire tandis que les triazines ont déjà été étudiées dans ce cadre et sont connues pour avoir de bonnes propriétés en absorption à deux photons. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la synthèse d’isocyanurates organiques et à l’étude de leurs propriétés optiques. Nous avons plus particulièrement étudié l’effet de la planarisation et de l’extension du système conjugué. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à l’étude des propriétés optiques des tristyryltriazines afin de comparer celles-ci à leurs analogues tristyrylisocyanurates et d’étudier l’influence du cœur sur les propriétés en sachant que la triazine est un cœur plus électroattracteur que l’isocyanurate. Puis, nous nous sommes intéressés à la synthèse de complexes ruthénium-alkynyl trinucléaires à cœurs isocyanurates et triazines, car le ruthénium est un métal d6 connu pour améliorer les propriétés en optique non linéaire. Enfin, nous avons synthétisé des dérivés hydrosolubles de composés organiques qui présentaient les propriétés optiques les plus prometteuses pour la bio-imagerie. En collaboration avec le Dr. Gary-Bobo, nous avons pu confirmer le potentiel de ces molécules pour de telles applications
In this work, new biphotonic absorbers were targeted for applications in bio-imaging and optical limiting. We have investigated the synthesis of octupoles since these multipolar structures were often shown to lead to interesting optical properties, especially two-photon absorption. The structures studied were isocyanurate- or 1,3,5-triazine-cored star-shaped derivatives. Both cores are known to be electron-accepting units and to give rise to two-dimensional octupoles when symmetrically substituted. So far, isocyanurates have not often been studied in nonlinear optics, whereas triazines have already been screened and were shown to have good two-photon absorption properties. We first focused on the synthesis of organic isocyanurates and on the study of their optical properties. We started by studying the planarization effect of the extension of the peripheral arms on the optical properties. We then focused on the synthesis and study tristyryltriazines analogous to the previous tristyrylisocyanurates. New structure/property relationships were thus established since the triazine is more electron-attracting than the isocyanurate core. We next synthesized ruthenium-alkynyl trinuclear complexes with isocyanurate and triazine cores, since ruthenium is a d6 metal known to enhance the nonlinear optical properties. We finally studied water-soluble derivatives for bio-imaging. In collaboration with Dr. Gary-Bobo we confirmed their potential for such applications

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Walter, Guillaume. "Étude et développement d'un oscillateur paramétrique optique picoseconde rapidement accordable utilisant des cristaux à quasi-accord de phase apériodique : application à la détection de gaz par imagerie active." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASS046.

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Abstract:

Nous rapportons l'étude d'un Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) picoseconde à base de cristaux apériodiques à large bande, utilisé pour des applications en spectroscopie rapide. Cette source paramétrique permet de sonder des gaz possédant des raies d’absorptions dans le moyen infrarouge, sur une plage spectrale difficilement accessible avec un laser solide conventionnel. La spécificité de l’OPO étudié est, outre son régime temporel picoseconde, son cristal non linéaire à quasi-accord de phase apériodique. Cette apériodicité élargit intrinsèquement la bande de gain paramétrique. Les travaux entrepris dans cette thèse portent dans un premier temps sur la caractérisation et l’explication des comportements propres à ce type d’OPO non contraint par filtre spectral. Nous étudions plus particulièrement l’origine du profil spectral cannelé observé dès que la puissance seuil d’oscillation est dépassée : ce profil est composé d’un pic principal et d’une succession de pics latéraux et n’est pas reporté dans la littérature. La deuxième partie de l’étude consiste au contrôle de la longueur d’onde de l’OPO picoseconde en utilisant la condition de pompage synchrone intrinsèque à ce régime temporel, et un réseau de Bragg en volume chirpé (CVBG) : un déplacement du CVBG autour de la position respectant la condition de pompage synchrone, modifie la longueur d’onde oscillant dans la cavité. Cet OPO contraint permet l’étude d’émissions de gaz (N₂O, CO₂, etc.) dans l’atmosphère par imagerie active
Spectroscopy applications related to greenhouse gases or other gaseous pollutants involve the development of optical sources emitting in the mid-infrared region. A picosecond optical parametric oscillator (OPO) is one of these few sources. The specificity of the picosecond OPO reported in this thesis is its wide gain bandwidth obtained through the use of aperiodically poled nonlinear crystals. The first study aims to characterize and develop the specificity of broadband picosecond OPO, with an emphasis on the origin of the spectral modulation observed from the threshold: the signal spectrum consist of a main peak and a succession of lateral secondary peaks. This OPO is then associated with a chirped volume Bragg grating (CVBG) whose displacement, around the position which respects the synchronous pumping condition, changes the oscillating wavelength. The ability of this highly tunable OPO is finally tested to detect N₂O gas emissions with a backscattering gas imaging technique

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Champelovier, Dorian. "Développement d'un microscope bi-photon à front d'onde optimisé pour l'imagerie calcique profonde dans le cerveau de souris." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4077/document.

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Abstract:

L'hippocampe, structure cérébrale située dans le lobe temporal, est au coeur de la gestion de nombreuses fonctions cognitives comme l'encodage des informations spatiotemporelles ou encore la mémoire épisodique. A l'heure actuelle, l'hippocampe est étudié via de nombreuses méthodes notamment l'imagerie de fluorescence qui, utilisée sur des animaux éveillés, permet d'accéder au fonctionnement du réseau neuronal. Malgré cela, une sous-région : le gyrus denté a encore un rôle mal élucidé car profondément enfoui dans le cerveau. Son étude permettrait d'apporter de nouveaux éléments sur le fonctionnement de l'hippocampe. De part sa profondeur d’environs 1 mm, son imagerie demeure très difficile. En effet, la diffusion ainsi que les aberrations optiques introduites par les couches successives de matière dégradent fortement la qualité d'imagerie. Pourtant l'optique adaptative, une technique héritée de l'astronomie, pourrait changer cela. En l'intégrant à un microscope bi-photon, il serait possible de compenser les aberrations optiques introduites par le cerveau et ainsi d'arriver à effectuer l'imagerie in vivo du gyrus denté. Durant ma thèse, j'ai donc travaillé à la conception complète tant du point de vue matériel que logiciel d'un microscope bi-photon adapté à l'imagerie in vivo et équipé d'un dispositif de correction de front d'onde. J'ai également développé une méthode d'optimisation prometteuse basée sur l'approche modale de la correction des aberrations optiques couplée à l'utilisation d'une métrique adaptée à l'imagerie non-linéaire en profondeur. Enfin, j'ai pu appliquer cette méthode dans des conditions in vitro et in vivo permettant de montrer son efficacité
The hippocampus, a cortical structure located in the temporal lobe, is at the heart of the management of many cognitive functions such as spatiotemporal information encoding or episodic memory. At present, the hippocampus is studied through many methods including fluorescence imaging, and used on awake animals, allows access for the study of the neural network function. Despite this, a sub-region: the dentate gyrus has still a poorly elucidated role because it is deeply buried in the brain. His study would bring new elements on the hippocampus functioning. Due to its depth of about 1 mm, its imagery remains very difficult. Indeed, scattering as well as optical aberrations introduced by the successive layers of matter strongly degrade the imaging quality. Yet adaptive optics, a technique inherited from astronomy, could change that. By integrating it into a bi-photon microscope, it would be possible to compensate optical aberrations introduced by the brain and thus to achieve the in vivo imaging of the dentate gyrus. During my PhD, I worked on the complete design both in hardware and software of a bi-photon microscope suitable for in vivo imaging and equipped with a wavefront correction device. I also developed a promising optimization method based on the modal approach of optical aberration correction coupled with the use of a metric adapted to nonlinear depth imaging. Finally, I was able to apply this method in in vitro and in vivo conditions to show its effectiveness

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Thiré, Nicolas. "Photodynamiques moléculaires sondées par imagerie de vecteurs vitesses et génération d'harmoniques d'ordre élevé." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00663009.

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Abstract:

Cette thèse traite de l'étude de phénomènes ultra-rapides, et plus particulièrement de dynamiques de relaxation initiées par une impulsion femtoseconde (10-15 s). Dans la première partie, l'imagerie de vecteurs vitesses a permis d'étudier deux systèmes : l'iodure de méthyle (CH3I), excité dans son premier état de Rydberg et le tetrathiafulvalène (TTF - C6H4S4). Dans le TTF, le but est de caractériser les deux bandes majoritaires d'absorption vers 300 nm. Durant l'étude de la prédissociation de CH3I, la distribution vibrationnelle du fragment CH3 a été caractérisée, alors que pour le TTF une force de liaison du dimère a été extraite. L'interprétation des spectres de photoélectrons de CH3I permet une bonne compréhension des dynamiques depuis et/ou en résonance avec des états proches du potentiel d'ionisation. Dans la seconde partie, la structure électronique d'atomes ou de molécules est sondée par la génération d'harmoniques d'ordre élevé (GHOE). Le minimum de la section efficace totale de photoionisation de l'argon (minimum de Cooper) a été observé et étudié dans le spectre harmonique. Cette étude a permis, entre autre, la mise au point d'un modèle théorique fiable et complet. Dans une autre étude, la GHOE a montré la sensibilité du rayonnement harmonique à la chiralité lors de interaction des 2 énantiomères de la fenchone (C10H16O), avec un rayonnement polarisé elliptiquement. Pour finir, l'utilisation de la GHOE pour sonder une dynamique moléculaire, amorcée par un réseau transitoire d'excitation à 400 nm, a été réalisée sur le dioxyde d'azote (NO2). Ceci à l'échelle picoseconde : photodissociation, et femtoseconde : transfert de population par le biais d'une intersection conique.

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Persuy, Déborah. "Nanoscopie résolue en temps : étude de la réponse spatiale et temporelle pour l'imagerie ultra-rapide." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAE016/document.

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Abstract:

Nous nous intéressons au développement ainsi qu’à la modélisation théorique de techniques de spectroscopie optique de champ lointain capables de coupler résolutions spatiale et temporelle grâce à l’utilisation de faisceaux d'excitation mis en forme spatialement. Nous établissons, théoriquement et expérimentalement, que dans une expérience de mélange de quatre ondes réalisée avec des faisceaux de Laguerre-Gauss, la charge totale du moment orbital est conservée. Nous montrons comment cette propriété peut être mise à profit pour travailler en géométrie colinéaire dans le but d’améliorer la résolution spatiale des expériences. Dans une deuxième partie, nous présentons une technique de spectroscopie « pompe-sonde » résolue spatialement que nous avons conçue et développée : l’imagerie temporelle est obtenue via la détection interférométrique des variations d’indice d’un matériau vues par une sonde étendue et consécutives à l’excitation par une impulsion pompe focalisée à la limite de diffraction. Nos modélisations démontre d’un tel montage associé à l’emploi d’une impulsion pompe modulée spatialement doit permettre, grâce au battement entre les fréquences spatiales des inhomogénéités de l’échantillon et de la modulation spatiale de l’excitation, de dépasser la limite de Rayleigh
This work focuses on developing and modelling far-field spectroscopic methods that couple spatial and time resolutions by using beam-shaping. In a first part, we demonstrate, theoretically and experimentally, that generating a signal in a four-wave mixing experiment performed with Laguerre-Gauss beams, implies the conservation of the total charge of the orbital momentum. We show that this specificity can be used to perform experiments with collinear beams in order to improve spatial resolution. In a second part, we present a time- and spatially-resolved pump-probe technique of our own design: time-resolved imaging is obtained by the interferometric detection of variations in the refraction index of a material, undergone by a wide probe and induced by a diffraction-limited pump-pulse. Improving such an experiment set-up with a spatially-modulated pump-pulse should enable, thanks to the beating between spatial frequencies of sample inhomogeneities and the excitation spatial-modulation, to increase spatial resolution go the Rayleigh criterion

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Santoso, Ari. "Etude des fonctions d'asservissement d'un microscope à effet tunnel optique. Application à l'imagerie de caractérisation de composants électroniques nanométriques." Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20124.

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Abstract:

Le microscope a force atomique (afm pour atomic force microscope) et le microscope snom (scanning nearfield optical microscope) permettent d'obtenir respectivement des images de la topographie et du champ proche optique d'une surface. Avant d'appliquer une boucle d'asservissement a un systeme (microscope) il est necessaire d'en caracteriser les differents elements. L'objectif de ce travail est de realiser les commandes (logiciel d'asservissement pid et pi-floue) d'un dispositif permettant d'obtenir simultanement des images afm et pstm.

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Regny, Sylvain. "Nanocristaux multifonctionnels pour l'élaboration de sondes biologiques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI056.

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Abstract:

La médecine s’intéresse de plus en plus à des systèmes nanométriques visant la détection précoce de cellules malignes, le traitement de ces dernières ou la compréhension de mécanismes biologiques. Des nanoparticules fluorescentes et des nanocristaux harmoniques aux propriétés non-linéaires intéressantes ont été étudiés comme agents de contraste pour l’imagerie biomédicale.Dans ce travail, nous avons recherché un matériau non-centrosymétrique dont la matrice permet un dopage d’ions lanthanides afin de développer des sondes multifonctionnelles, c’est-à-dire à la fois luminescentes et harmoniques. Nous nous sommes orientés vers l’iodate de lanthane de phase alpha, α-La(IO3)3, non-centrosymétrique. Dans un premier temps, nous avons développé des synthèses hydrothermales assistées par micro-ondes pour permettre de cristalliser la phase alpha et produire des particules de taille nanométrique (< 100 nm). La présence de nombreux pseudo-polymorphes nécessite le contrôle précis des paramètres de synthèse, en particulier de la température de synthèse, pour obtenir exclusivement des nanoparticules de α-La(IO3)3. L’étude de différents intermédiaires réactionnels (La(IO3)3(OH2), La(IO3)2.66(OH)0.33) nous a permis de mettre en évidence une transformation de phase entre ces composés et la phase α-La(IO3)3. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé deux dispositifs optiques permettant de mesurer l’efficacité de génération de second harmonique : l’un permettant l’étude de nanocristaux de α-La(IO3)3 individuels et l’autre utilisant un ensemble de nanocristaux en suspension dans un solvant. Ce dernier, basé sur la diffusion Hyper-Rayleigh, nous a permis de quantifier la réponse non-linéaire de nanocristaux α-La(IO3)3 de diamètre 20-50 nm et de déterminer un coefficient non-linéaire < d > de 8 pm.V-1, comparable aux valeurs obtenues pour d’autres nanocristaux harmoniques tels que BaTiO3 ou LiNbO3. Enfin, nous avons montré la possibilité d’incorporer des ions lanthanides tels que Er3+ et Yb3+ dans ces nanocristaux d’iodate de lanthane, conduisant à des nanocristaux de α-La1-x-yYbyErx(IO3)3. Ces nanocristaux sont toujours actifs en génération de second harmonique et émettent simultanément un signal de photoluminescence. Ainsi, pour une excitation dans le proche infra-rouge (800 nm ou 980 nm par exemple), nous avons observé simultanément un signal de second harmonique et de photoluminescence par up-conversion. Nous avons démontré l’intérêt d’un co-dopage Yb3+/Er3+ pour une optimisation du signal d’up-conversion sous une excitation à 980 nm. Ainsi, par un dopage d’ions lanthanides tels que Er3+ et Yb3+, les nanocristaux de α-La(IO3)3 présentent une émission simultanée de génération de second harmonique et de photoluminescence. La combinaison de ces deux propriétés permet d’envisager d’utiliser ces nanocristaux bifonctionnels pour une imagerie par luminescence, technique classique, tout en la couplant avec une imagerie multiphoton, plus coûteuse mais présentant des avantages non-négligeables (rapidité de scans, meilleure sélectivité spatiale, sensibilité à la polarisation)
Medicine is increasingly interested in nanometric systems for the early detection of malignant cells, their treatment or understanding of biological mechanisms. Fluorescent nanoparticles and harmonic nanocrystals with interesting non-linear properties have been studied as contrast agents for biomedical imaging.In this work, we explored a non-centrosymmetric material whose matrix allows a doping of lanthanide ions in order to develop multifunctional probes, i. e. both luminescent and harmonic. We focused on non-centrosymmetric iodate phase: alpha lanthanum iodate, α-La(IO3)3. First, we developed microwave-assisted hydrothermal syntheses to crystallize the alpha phase and produce nano-sized particles (< 100 nm). The presence of many pseudo-polymorphs requires precise control of the synthesis parameters, in particular the synthesis temperature, to obtain exclusively nanoparticles of α-La(IO3)3. The study of different reaction intermediates (La(IO3)3(OH2), La(IO3)2.66(OH)0.33) allowed us to identify a phase transformation between these compounds and the phase α-La(IO3)3. Secondly, we used two optical devices to evaluate the second harmonic generation efficiency of the synthesized α-La(IO3)3 nanocrystals: one set-up allowed us to study individual α-La(IO3)3 nanocrystals and the other used an ensemble of α-La(IO3)3 nanocrystals in suspension in a solvent. The latter, based on Hyper-Rayleigh scattering, quantified the non-linear response of nanocrystals α-La(IO3)3 with a diameter of 20-50 nm and allowed us to determine a non-linear coefficient < d > of 8 pm.V-1, a value comparable to the ones obtained for other harmonic nanocrystals such as BaTiO3 or LiNbO3. Finally, we showed the possibility of incorporating lanthanide ions such as Er3+ and Yb3+ into these lanthanum iodate nanocrystals, leading to α-La1-x-yYbyErx(IO3)3 nanocrystals. These nanocrystals are still active in second harmonic generation and simultaneously emit a photoluminescence signal. Thus, for excitation in the near infrared (800 nm or 980 nm for instance), we simultaneously observed a signal of second harmonic and a photoluminescence signal based on up-conversion processes. We demonstrated the interest of an Yb3+/Er3+ co-doping for an optimization of the up-conversion signal under excitation at 980 nm. Thus, Er3+ and Yb3+-doped nanocrystals of α-La(IO3)3 exhibit simultaneous emission of second harmonic generation and photoluminescence. The combination of these two properties makes it possible to consider using these bifunctional nanocrystals for conventional luminescence imaging, while coupling it with multiphoton imaging, which is more expensive but has significant advantages (scan speed, better spatial selectivity, polarization sensitivity)

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Morizet, Joséphine. "Microscopie par génération de troisième harmonique résolue en polarisation pour l'imagerie de la myéline et des biocristaux." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX011.

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Abstract:

Cette thèse s’intéresse à l'imagerie multiphotonique par génération de troisième harmonique (THG) combinée à des mesures résolues en polarisation (PTHG) sur des systèmes biologiques pour accéder à des informations complémentaires sur la morphologie et la microstructure de structures anisotropes. Une première application vise à extraire des informations de la gaine de myéline qui est la gaine lipidique entourant les axones du système nerveux central (CNS) des vertébrés, et dont la destruction dans des pathologies comme la sclérose en plaques est a l’origine de perturbations dans la propagation des influx nerveux. Une seconde application concerne les biocristaux, dont nous traiterons ici l’exemple de l’otolithe situe dans l’oreille interne du poisson-zèbre. Grâce à sa forte sensibilité aux discontinuités des propriétés optiques et à l’anisotropie des matériaux, la microscopie THG apparaît comme un outil de choix pour visualiser ces deux structures biologiques non-marquées avec une résolution submicrométrique.Dans ce manuscrit, nous présentons d’abord un travail fondamental de caractérisation analytique, numérique (modèle FDTD) et expérimentale de la réponse PTHG sur des structures modèles. Nous avons notamment mis en évidence la présence d'aberrations de la réponse PTHG au voisinage d’interfaces parallèles à l’axe de propagation du faisceau d’excitation induites par des désaccords d’indices. L'évaluation de la modulation artefactuelle induite par ces aberrations a permis d’interpréter la composante de modulation PTHG sur ces interfaces associée à l’ordre moléculaire dans des structures lipidiques modèles. Ensuite, nous décrivons la mise en place d’un dispositif d’acquisition PTHG rapide dédié à l’imagerie in vivo de structures biologiques. Nous présentons de nouvelles applications biologiques de la microscopie PTHG en utilisant une méthode d’analyse des signaux THG polarimétriques par transformée de Fourier. Enfin, nous présentons une étude systématique de caractérisation des contrastes THG/PTHG sur les fibres myélinisées du CNS de poissons-zèbres et de souris
This thesis focuses on multiphoton imaging by third harmonic generation (THG) combined with polarization resolved measurements (PTHG) on biological systems to access additional information on the morphology and microstructure of anisotro-pic structures. A first application aims at extracting information from the myelin sheath which is a ubiquitous lipid structure of the central nervous system (CNS) of vertebrates whose destruction in the pathology of multiple sclerosis causes disturbances in the propagation of nerve impulses. A second application concerns biocrystals, of which we will deal here with the example of the otolith located in the inner ear of the zebrafish. Thanks to its high sensitivity to discontinuities in optical properties and to the anisotropy of materials, THG microscopy appears to be a tool of choice for visualizing these unlabelled biological structures with submicrometric resolution.We first present a fundamental analytical, numerical (FDTD model) and experimental characterization of the PTHG response on model structures. In particular, we highlighted the presence of aberrations of the PTHG response in the vicinity of interfaces parallel to the excitation beam propagation axis induced by index mismatches. The evaluation of the artifactual modulation induced by these aberrations allowed the interpretation of the PTHG modulation component at these interfaces associated with the molecular order in model lipid structures. Next, we describe the implementation of a fast PTHG acquisition device dedicated to in vivo imaging of biological structures. We present new biological applications of PTHG microscopy using a Fourier Transform Polarimetric THG (FT-PTHG) signal analysis method. Finally, we present a systematic characterization study of THG/PTHG contrasts onmyelinated CNS fibers from zebrafish and mice

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Michelin, Clement. "Synthèse de nouveaux agents bimodaux hydrosolubles pour l'IRM, l'imagerie nucléaire, l'imagerie biphotonique et la génération de second harmonique." Thesis, Dijon, 2015. http://www.theses.fr/2015DIJOS014/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse avait pour but de synthétiser de nouveaux composés pour des applications en imagerie médicale. La première partie porte sur la synthèse de ligands hétéroleptiques pour la chélation de deux métaux différents en vue d’une utilisation dans deux types d’imagerie. Pour cela, nous avons d’abord synthétisé des porphyrines. Ces molécules sont connues pour la chélation de nombreux métaux de transition et notamment le cuivre, dont l’isotope cuivre-64 est un radioémetteur β+ utilisable en Tomographie par Émission de Positron (TEP). Ces porphyrines ont été couplées à un dérivé du DOTA, molécule connue pour son application, après métallation avec du gadolinium, en Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Ces composés possèdent des valeurs de relaxivité encourageantes pour une application en IRM. Enfin, des biomolécules ont été modifiées afin de vectoriser nos composés. La seconde partie porte sur la synthèse de composés pour l’imagerie médicale par optique non-linéaire. Nous avons dans un premier temps synthétisé des porphyrines amphiphiles et zwiterrioniques pour la Génération de Second Harmonique (GSH). Leur efficacité a été mesurée et celle-ci est suffisante pour pouvoir envisager l’obtention d’images. Dans un second temps, nous avons travaillé sur la synthèse d’un composé pour une application en imagerie biphotonique et en IRM. Pour cela, nous avons relié un dérivé du DOTA avec un fluorophore de type DPP. Le composé final a été métallé avec du gadolinium et sa relaxivité est supérieure à celle du DOTA(Gd)
The goal of my PhD studies was to synthesize new compounds for possible medical imaging applications. The first part of my thesis focused on the synthesis of heteroleptic ligands to achieve the chelation of two different metals aimed at addressing two types of medical imaging. We first synthesized porphyrins, which are well-known for the chelation of numerous transition metals. We focused on copper, whose copper-64 isotope is a β+ emitter usable in Positron Emission Tomography (PET). These porphyrins have been coupled with a DOTA derivative. This molecule, metallated with gadolinium, is well-known in Magnetic Resonance Imaging (MRI). Our compounds display encouraging relaxivities for MRI applications. At last, these molecular probes have been conjugated to a few biomolecules in order to vectorize our compounds. The second part of this work is related to the synthesis of fluorophores for nonlinear optical imaging. We first synthesized amphiphilic zwitterionic porphyrins for Second Harmonic Generation (SHG). The efficiency of these compounds has been measured and was satisying enough to consider the possibility to perform imaging studies. We also worked on the synthesis of compounds for Two Photon Emission Fluorescence (TPEF) imaging and MRI. We have linked a DOTA derivative with a diketopyrrolopyrrole (DPP). This conjugate has been metallated with gadolinium and its relaxivity has been measured. Interestingly, this value is superior to that of DOTA(Gd)

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Mounaix, Mickaël. "Matricial approaches for spatio-temporal control of light in multiple scattering media." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066562/document.

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Abstract:

L’imagerie optique à travers des milieux diffusants, comme des milieux biologiques ou de la peinture blanche, reste un challenge car l’information spatiale portée par la lumière incidente est mélangée par les évènements multiples de diffusion. Toutefois, les modulateurs spatiaux de lumière (SLM) disposent de millions de degrés de liberté pour contrôler le profil spatial de la lumière en sortie du milieu, en forme de tavelure (speckle), avec des techniques de modulation du front d’onde. Cependant, si le laser génère une impulsion brève, le signal transmis s’allonge temporellement, car le milieu diffusant répond différemment pour les diverses composantes spectrales de l’impulsion. Nous avons développé, au cours de cette thèse, des méthodes de contrôle du profil spatiotemporel d’une impulsion brève transmise à travers un milieu diffusant. En mesurant la Matrice de Transmission Multi-Spectrale ou Résolue-Temporellement, la propagation de l’impulsion peut être totalement décrite dans le domaine spectral ou temporel. Avec des techniques de manipulation du front d’onde, les degrés de libertés spectraux/temporel peuvent être ajustés avec un unique SLM via la diversité spectrale du milieu diffusant. Nous avons démontré, de manière déterministe, la focalisation spatio-temporelle d’une impulsion brève après propagation dans un milieu diffusant, avec une compression temporelle proche de la durée initiale de l’impulsion, à différentes positions de l’espace-temps. Nous avons également démontré un façonnage contrôlé du profil temporel de l’impulsion, notamment avec la génération d’impulsions doubles. Nous exploitons cette focalisation spatio-temporelle pour exciter un processus optique non-linéaire, la fluorescence à deux photons. Cette approche ouvre des perspectives intéressantes pour le contrôle cohérent, l’étude de l’interaction lumière-matière ainsi que l’imagerie multi-photonique
Optical imaging through highly disordered media such as biological tissue or white paint remains a challenge as spatial information gets mixed because of multiple scattering. Nonetheless, spatial light modulators (SLM) offer millions of degrees of freedom to control the spatial speckle pattern at the output of a disordered medium with wavefront shaping techniques. However, if the laser generates a broadband ultrashort pulse, the transmitted signal becomes temporally broadened as the medium responds disparately for the different spectral components of the pulse. We have developed methods to control the spatio-temporal profile of the pulse at the output of a thick scattering medium. By measuring either the Multispectral or the Time- Resolved Transmission Matrix, we can fully describe the propagation of the broadband pulse either in the spectral or temporal domain. With wavefront shaping techniques, one can control both spatial and spectral/temporal degrees of freedom with a single SLM via the spectral diversity of the scattering medium. We have demonstrated deterministic spatio-temporal focusing of an ultrashort pulse of light after the medium, with a temporal compression almost to its initial time-width in different space-time position, as well as different temporal profile such as double pulses. We exploit this spatio-temporal focusing beam to enhance a non-linear process that is two-photon excitation. It opens interesting perspectives in coherent control, light-matter interactions and multiphotonic imaging

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MOSSET, Alexis. "Étude expérimentale des fluctuations d'origine quantique en amplification paramétrique d'images." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009322.

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Abstract:

Ce mémoire présente une étude expérimentale des fluctuations spatiales d'origine quantique de l'intensité dans des images en amplification paramétrique optique (OPA). Dans un premier temps nous avons caractérisé la réponse d'une caméra CCD lors de la mesure du bruit de photons dans le plan transverse de l'image. Pour cela, nous avons montré la pleine aptitude des capteurs silicium pour le domaine visible (527 nm) et leur mauvaise réponse dans le proche IR (1055 nm). Puis nous avons calibré le capteur sur toute sa dynamique afin d'éliminer l'inhomogénéité de réponse des pixels et ainsi mesurer le bruit de photons dans des images faibles ou intenses. D'autre part, nous avons étudié les aspects quantiques des OPA. L'amplification à l'aide d'un cristal de BBO de type I d'images (527 nm) dominées par le bruit quantique à l'aide d'une pompe UV (264nm) s'est imposée comme le meilleur compromis expérimental. Nous avons mis au point un montage et un protocole de mesure permettant la comparaison entre l'amplification sensible à la phase (PSA) et l'amplification insensible à la phase (PIA). Dans le cas d'une PIA, nous avons mis en évidence la dégradation du rapport signal à bruit. Pour la configuration PSA, nous avons réalisé la première amplification paramétrique d'images sans bruit spatial. Pour ces deux cas, les valeurs expérimentales sont en accord avec la figure de bruit attendue. De plus, nous avons étudié la distribution des fluctuations spatiales de la fluorescence paramétrique. L'emploi d'impulsions brèves et un fort filtrage des longueurs d'onde ont permis la caractérisation directe de la distribution de Bose-Einstein pure.

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Ngo, Duc Duy. "Optique non-linéaire et équation des ondes non-linéaire semi-classique." Nice, 2006. http://www.theses.fr/2006NICE4074.

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Sacchet, Delphine. "Tomographie par cohérence optique plein champ linéaire et non linéaire." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00519355.

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Abstract:

La tomographie par cohérence optique (ou OCT pour Optical Coherence Tomography) est une technique d'imagerie des milieux biologiques basée sur l'interférométrie en lumière faiblement cohérente. Depuis son invention il y a 20 ans, l'OCT a connu un développement spectaculaire et suscite aujourd'hui encore une activité de recherche particulièrement dynamique et compétitive. L'OCT plein champ est une technique particulière d'OCT, dans laquelle des coupes transverses de l'échantillon biologique sont obtenues sans aucun balayage, permettant ainsi de révéler de manière non invasive la structure interne 3D de l'échantillon avec une résolution spatiale micrométrique. Réputée dans la communauté scientifique internationale, l'OCT plein champ est toutefois mal adaptée à l'imagerie des milieux fortement diffusants pour lesquels la profondeur de pénétration demeure relativement faible et à l'imagerie in vivo en raison de sa faible vitesse d'acquisition. L'OCT possède de plus un contraste structurel faible, basé sur les inhomogénéités d'indice de réfraction du milieu, qui rende parfois complexe voire impossible les diagnostics précoces. Ce manuscrit présente les différentes améliorations qui ont été apportées au dispositif d'OCT plein champ pour dépasser ces limites ainsi que les performances et les images obtenues.

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Junca, Stéphane. "Optique géométrique non linéaire, chocs forts, relaxation." Nice, 1995. http://www.theses.fr/1995NICE4877.

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Abstract:

Cette thèse comporte trois parties distinctes. Le lien mathématique des trois parties est l'étude du comportement asymptotique de solutions de systèmes d'équations aux dérivées partielles hyperboliques non linéaires. La première partie, suivant les travaux de Joly, Metivier, Rauch, décrit rigoureusement le comportement asymptotique pour les hautes fréquences des solutions de problèmes aux limites, hyperboliques, semi-linéaires, monodimensionnels, avec bord non caractéristique, et avec données initiales aux limites oscillantes. Ici, les données sont continues mais nous n'imposons pas d'hypothèses de comptabilité au coin. Ainsi des singularités se propagent suivant les caractéristiques issues du coin et partagent le domaine en plusieurs zones. Nous démontrons que chaque zone possède ses oscillations, ses phases, ses profils et son comportement asymptotique. La deuxième partie réunit différents outils pour l'étude de l'optique géométrique faiblement non linéaire, de chocs forts et de l'interaction des deux sujets. Ce sujet utilise le schéma de Glimm, des résultats de stabilité, de trace et de moyennisation. Nous démontrons la stabilité du problème de Riemann du système de Nishida dans le cas de deux chocs, pour de grandes perturbations, un nouveau résultat de moyennisation dans l'espace des fonctions è variation bornée et son application à l'optique géométrique, et nous décrivons quelques résultats de petites perturbations de chocs pour une (ou deux) équations. Dans la dernière partie, nous étudions la convergence du processus de relaxation pour un modèle fluide de semi-conducteurs comme Marcati et Natalini mais pour le système d'Euler-Poisson isotherme de Poupaud, Rascle, Vila. Nous utilisons des propriétés du système de Nishida qui nous donnent un contrôle uniforme de variation totale indépendamment du coefficient d'amortissement. Nous en déduisons (après changement d'échelle) la convergence forte localement en temps de solutions entropiques quand le coefficient d'amortissement devient très grand, vers la solution de l'équation de dérive-diffusion

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Donnat, Philippe Pierre. "Quelques contributions mathématiques en optique non linéaire." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1994. http://www.theses.fr/1994EPXX0016.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l'étude mathématique de trois modèles de propagation non linéaire de faisceaux optiques décrits par les équations de maxwell couplées avec différents modèles de réponse électronique des matériaux: milieux dispersifs avec non-linéarité cubique instantanée, oscillateur anharmonique force, système a deux et plusieurs niveaux. Dans une première partie, nous étudions les interactions en champ faible. On dérive formellement les asymptotiques de l'optique géométrique non linéaire et celle de l'équation de Schrodinger avec non-linéarité cubique. On montre que les trois modèles ont le même comportement asymptotique. On prouve la convergence rigoureuse dans le cas de la réponse instantanée. Dans une deuxième partie, on considère les interactions en champ fort. On étudie la formation de choc pour une réponse instantanée, l'explosion de la norme du sup pour le modèle de l'oscillateur anharmonique et l'existence de solutions régulières globales pour Maxwell-Bloch. On développe en 1d un schéma de Van Leer avec linéanisée de roe qui met en évidence ces phénomènes. On montre comment introduire dans un code Maxwell explicite et instationnaire les réponses des diélectriques. Dans une troisième et dernière partie, nous étudions un schéma numérique de pas fractionnaires et éléments finis pour résoudre une équation de Schrodinger non linéaire. Il est montré que la méthode est plus avantageuse par rapport à la méthode standard par fft dans le cas d'une forte non-linéarité.

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El, Harfouch Yara. "Optique linéaire et non linéaire de films de nano particules métalliques." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00877726.

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Abstract:

La technique de la génération de second harmonique (SHG) a été employée pour étudier la réponse non linéaire des assemblées de nano particules métalliques aux interfaces liquides. Les nanoparticules ont d'abord été caractérisées en utilisant la génération de second harmonique incohérente, également nommée diffusion hyper Rayleigh. L'étude de particules d'or et d'argent, nanosphères et des nanobâtonnets, ont permis de mettre en évidence l'influence de la couche protectrice de surfactants sur l'hyperpolarisabilité quadratique de ces particules. Ces particules ont ensuite été placées à l'interface air/eau dans une cuve de Langmuir afin d'étudier le rôle des interactions entre les particules sur la réponse optique linéaire et non linéaire. Celle-ci a révélé dans ces films formés à l'interface la présence de couplages forts entre les particules lors de la compression de la surface. Cela conduit à une transition dans le film une fois que la distance entre les particules passe en dessous d'une distance critique. Ces études ont été complétées par des expériences réalisées à l'interface liquide/liquide et sur une électrode de carbone vitreux pour examiner plus en détail le rôle de la rugosité à l'échelle nanométrique dans l'exaltation de la réponse non linéaire SHG

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Coillet, Aurélien. "Microfibres pour l'optique non linéaire." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00692071.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse porte sur la fabrication, la caractérisation et l'utilisation de microfibres de verres en optique. Les microfibres sont des fibres optiques étirées à chaud par un procédé contrôlé en température et en contrainte, de manière à réduire leurs sections jusqu'à des valeurs inférieures à la longueur d'onde. Ces dimensions réduites confèrent aux microfibres des caractéristiques particulières, telles qu'un fort confinement du champ électromagnétique conduisant à une exaltation du coefficient non linéaire effectif ou une grande fraction de champ évanescent. Ces propriétés sont étudiées en première partie, puis les techniques expérimentales de fabrication et de manipulation de ces microfibres sont décrites. Dans un deuxième temps, les expériences cherchant à exploiter la grande non linéarité de ces microfibres sont présentées et interprétées. En particulier, on note la possibilité de générer un signal visible à partir d'une pompe à la longueur d'onde télécom par triplage de fréquence avec accord de phase. Afin d'obtenir des effets plus importants, l'opportunité de réaliser des microfibres en verres hautement non linéaires est discutée, ainsi que la faisabilité d'un laser basé sur des microfibres en verres dopés aux ions terres rares. Enfin, l'aspect champ évanescent est discuté dans le dernier chapitre, avec l'imagerie par microscopie en champ proche des microfibres.

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Dissertations / Theses on the topic 'Imagerie – Optique non linéaire'

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