Academic literature on the topic 'Interférométrie à décalage quadri-latéral'

Cette thèse a pour but d'étudier l'utilisation d'un analyseur de front d'onde basé sur l'interférométrie à décalage quadri-latéral pour l'imagerie microscopique en transmission. Cette technique d'interférométrie, développée initialement par la société Phasics (Palaiseau) pour les marchés de la métrologie optique et de la caractérisation de faisceaux laser essentiellement, peut aussi permettre d'obtenir la cartographie d'un champ électromagnétique complexe par mesure de front d'onde. En l'utilisant sur un microscope en condition d'imagerie, nous avons obtenu des images de l'intensité et de la différence de chemin optique introduite par un échantillon semi-transparent, définissant ainsi une nouvelle technique de contraste de phase quantitatif. Il s'agit d'un travail codirigé entre l'Institut Fresnel et l'entreprise Phasics (convention CIFRE), mené en collaboration avec le Centre d'Immunologie de Marseille Luminy. Dans cette thèse, nous discutons dans un premier temps de l'utilisation de l'analyseur en tant que détecteur placé dans le plan image d'un microscope optique classique, puis nous considérons deux modèles pour la formation des images de différence de chemin optique. Le premier modèle, dit projectif dans l'espace objet, suppose une mesure directe par l'analyseur de la différence de chemin optique locale introduite par l'échantillon. Nous montrons que cette hypothèse est valable pour deux applications particulières : la détermination de la quantité de matière sèche au sein d'un échantillon biologique, et la cartographie de la distribution de température induite par échauffement de particules d'or dans le plan objet du microscope. Le deuxième modèle prend en compte les effets de diffraction simple par l'échantillon et de filtrage par le système d'imagerie, en considérant l'angle sous lequel l'échantillon est illuminé
The aim of this thesis is the use of a quadriwave lateral shearing interferometer for transmission microscopic imaging. First developped for optical metrology and laser beam caracterisation by the Phasics company (Palaiseau), this interferometric technique gives complexe electromagnetic field cartography by wavefront sensing. Using a microscope in imaging conditions, we obtained intensity and optical path difference images introduced by a semi-transparent sample. Thereby, we defined a new quantitative phase contrast technique.This work is co-directed by the Fresnel Institute and the Phasics company (CIFRE convention), in collaboration with the Centre Immunologique de Marseille Luminy. In this thesis, first we discuss the wavefront sensor use as a sensor plugged on the classical optical microscope image plane ; then we consider two models for optical path difference image formation. The first one, named object space projection, supposes a direct measurement of the optical path difference introduced by a sample. We show that this hypothesis is valid for two particular applications : dry matter determination within a biological sample, and temperature distribution induced by gold nano-particule heating. Thesecond model takes into account the simple sample diffraction and the optical device filtering depending on the illumination angle. This second approach allows us to build a model for intensity and optical path difference image formation for any planewave illumination. So we studied the image formation from a spatially partial incoherent illumination to a complete incoherent illumination. We made electromagnetic field measurements with the wavefront sensor in this last case. Then we discuss semi-transparent tomographic reconstruction by measurements in different imaging planes.One chapter is dedicated to quantitative phase imaging in biology, in particular with mitotic index determination within a cell population

Depuis la découverte des rayons X par Röntgen, l'imagerie radiographique utilise le contraste d'absorption. Cette technique est efficace uniquement si les objets à étudier sont suffisamment absorbants. C'est pour cela qu'on peut détecter une lésion osseuse avec une radiographie, mais pas une lésion ligamentaire.Toutefois, l'imagerie par contraste de phase peut permettre de surmonter cette limite. Depuis les années 2000, s'appuyant sur des travaux similaires existant en optique visible, les scientifiques des rayons X essayent de mettre au point des dispositifs sensibles au contraste de phase et compatibles avec des applications industrielles comme l'imagerie médicale ou le contrôle non-destructif. Néanmoins, les architectures classiques des interféromètres sont très difficiles à mettre en place dans les rayons X durs, et sont trop contraignantes pour être transférables vers l'industrie. C'est pourquoi des dispositifs utilisant des réseaux de diffraction ont été les plus développés. Ils ont permis d'obtenir les premières images de radiographie par contraste de phase sur des humains vivants.Mais les architectures proposées aujourd'hui utilisent plusieurs réseaux et son contraignantes pour les industriels. C'est pourquoi j'ai développé au cours de ma thèse un système n'utilisant qu'un unique réseau de phase. J'ai montré qu'un tel dispositif peut générer des interférogrammes achromatiques et invariants par propagation. Ce dispositif a permis d'effectuer des mesures de contraste de phase quantitatives sur un fossile biologique, ainsi que des mesures métrologiques sur des miroirs plans sensibles aux rayons X.

Ces travaux de thèse, consacrés à l'étude et analyse quantitative d'images de phase obtenues par interférométrie à décalage quadri-latéral, ont pour but la caractérisation d'un point de vue métrologique d'un outil de mesure et de ses différentes applications. Cette technique d'interférométrie, développée initialement par la société Phasics pour les marchés de la métrologie optique et de la caractérisation de faisceaux laser essentiellement, peut aussi permettre d'obtenir la cartographie d'un champ électromagnétique complexe grâce à une mesure de front d'onde. En l'utilisant sur un microscope en condition d'imagerie, ont été obtenues des images de l'intensité et de la différence de chemin optique introduite par un échantillon semi-transparent, définissant ainsi une nouvelle technique de contraste de phase quantitatif. La première partie de cette thèse sera consacrée aux techniques en microscopie qui permettent une quantification. Nous verrons les enjeux de l'obtention de ce caractère quantitatif et ce qu'il signifie dans le cadre de différentes techniques utilisant la fluorescence. On étudiera la mesure dans le cadre d'une approximation dite "projective" réalisant certaines hypothèses. On verra quelles sont les grandeurs accessibles grâce à une mesure dans le cadre de cette approximation et quelles applications en biologie peuvent être développées concernant les éléments isotropes dans une première partie et les éléments anisotropes dans une seconde partie.Nous démontrerons la possible transposition de ces applications réalisées en deux dimensions en trois dimensions avec une résolution axiale suffisante permettant une reconstruction tomographique
The aim of this thesis, dedicated to the study and quantitative analysis of phase images obtained thanks to quadri-wave lateral shearing interferometry, is to caracterize a metrological tool and its three proposed different applications.This work has been done in collaboration between Institut Fresnel (Marseille, France) and Phasics company (Palaiseau, France) and continues that of Pierre Bon who has been in charge the application this technique to microscopy. This interferometric technique, developped by Phasics, for optical metrology and lasers characterization, allows to record complex eletromagnetic field maps thanks to a wave front measurement. By using it in the microscope image plane, one can obtain inetnsity and optical path difference images of a semi-transparent biological sample. this technique is now considered as a new quantitative phase contrast technique.The first part of this manuscript will be a state of the art of quantitative microscopy techniques. The issues of quantification and its meanings in the framework of different fluorescent and phase based techniques will be discussed.A description of the technique that is used and its comparison with similar phase techniques will be done.The measurement, under the projective approximation, is studied leading to different variables. We show different applications concerning isotropic elements in a first part and anisotropic elements in the second one.We show how this measurement is trnasposed to the third dimensions allowing three dimensional imaging and complete reconstruction of refractive index maps of biological samples

De nombreux analyseurs de surface d'onde ont été proposés. Parmi eux, l'interféromètre à décalage latéral est un outil à présent bien connu pour mesurer les aberrations classiques. L'objet de l'étude est de mesurer des surfaces d'ondes plus complexes : le premier degré de complexité a été d'ajouter des discontinuités (par exemple, un saut de phase) à la surface d'onde. Ce type de surface a été mis en oeuvre dans une application de recombinaison cohérente de fibres laser, dans le cadre du projet CAN (Coherent Amplification Network) visant à démontrer la mise en phase de 64 fibres passives. D'autre part, les propriétés particulières de l'interféromètre ont permis d'établir théoriquement et expérimentalement un mode de mesure soustractif séparant les discontinuités des aberrations lentement variables dans le cas d'une analyse d'une onde présentant ces deux défauts superposés. Enfin, en exploitant toute l'information fournie par l'interféromètre, il est possible de mesurer à la fois l'amplitude et la phase d'une onde, et par conséquent de la connaître de manière complète à un endroit de l'espace. L'interféromètre est donc, bien plus qu'un simple analyseur de surface d'onde, un analyseur d'amplitude complexe, c'est-à-dire de champ électromagnétique. Cette capacité de mesure a été illustrée par la caractérisation de structures sub-longueur d'onde. D'autre part, nous avons montré que la présence de dislocations de phase (ou vortex) dans le champ électromagnétique n'était pas problématique. Ceci laisse donc envisager de nouvelles applications, comme le contrôle non-intrusif de surfaces ou d'écoulements conduisant à des modifications violentes de la phase d'un faisceau incident.

De nombreux analyseurs de surface d'onde ont été proposés. Parmi eux, l'interféromètre à décalage latéral est un outil à présent bien connu pour mesurer les aberrations classiques. L'objet de l’étude est de mesurer des surfaces d'ondes plus complexes : le premier degré de complexité a été d'ajouter des discontinuités (par exemple un saut de phase) à la surface d'onde. Ce type de surface a été mis en œuvre dans une application de recombinaison cohérente de fibres laser, dans le cadre du projet CAN (Coherent Amplification Network) visant à démontrer la mise en phase de 64 fibres passives. D'autre part, les propriétés particulières de l'interféromètre ont permis d’établir théoriquement et expérimentalement un mode de mesure soustractif séparant les discontinuités des aberrations lentement variables dans le cas d'une analyse d'une onde présentant ces deux défauts superposés. Enfin, en exploitant toute l'information fournie par l'interféromètre, il est possible de mesurer à la fois l'amplitude et la phase d'une onde, et par conséquent de la connaître de manière complète à un endroit de l'espace. L'interféromètre est donc, bien plus qu'un simple analyseur de surface d'onde, un analyseur d'amplitude complexe, c'est-à-dire de champ électromagnétique. Cette capacité de mesure a été illustrée par la caractérisation de structures sub-longueur d'onde. D'autre part, nous avons montré que la présence de dislocations de phase (ou vortex) dans le champ électromagnétique n'était pas problématique. Ceci laisse donc envisager de nouvelles applications, liées le contrôle non-intrusif de surfaces ou de flux conduisant à des modifications violentes de la phase d'un faisceau incident
Numerous wave front sensors have been proposed. Among the most used for the measurement of classical aberrations, lateral shearing interferometer is well-known. The purpose of this study was to measure more complex wave fronts: the first stage of complexity was the addition of discontinuities (for example a phase step). The measurement of this kind of surfaces proved useful for coherently combining laser fibers during the CAN project (Coherent Amplification Network). It aims at demonstrating the combining of 64 passive fibers. Moreover, thanks to special features of the interferometer, we showed a step-selective measurement method, which enable to analyze slowly-varying, continuous aberrations separately from steps. Finally, the complete information extraction makes it possible to measure both the phase and the amplitude of a luminous wave and thus to completely characterize the wave at a point. More than a wave front sensor, the interferometer is a complex amplitude sensor, that is of electromagnetic field. This measurement ability was demonstrated by the characterization of sub-wavelength gratings. Moreover, we showed that the analysis of electromagnetic fields in the presence of phase dislocation (or vortex) is possible. This paves the way of new applications, such as non-intrusive measurement of surfaces or flux, which strongly modify the phase of the incident beam

La spectro-imagerie consiste à acquérir l'image d'une scène dans un grand nombre de bandes spectrales en parallèle. Comme la taille des détecteurs actuels ne permet pas l'acquisition simultanée de toute l'information, la plupart des dispositifs comportent un système de balayage, qu'il soit spectral ou spatial. Malheureusement, ce balayage conduit souvent à n'utiliser qu'une faible portion de la lumière disponible. Or, dans l'infrarouge moyen (3µm - 5µm) et lointain (8µm - 12µm), le bruit propre des détecteurs est trop élevé pour permettre un tel gaspillage du flux. Un spectro-imageur par transformée de Fourier statique à grande étendue, constitué de l'association d'un système d'imagerie bi-dimensionnelle et d'un interféromètre à deux ondes, est une réponse à ce problème, et se trouve de surcroît bien adapté à l'imagerie aéroportée. C'est un tel système que nous avons étudié, du point de vue des performances radiométriques, de l'encombrement, et des aberrations. Nous avons ensuite réalisé un instrument visible afin de valider expérimentalement le concept optique, ce qui a été fait lors d'une campagne de mesures aéroportées.

Depuis la découverte des rayons X par Röntgen, l'imagerie radiographique utilise le contraste d'absorption. Cette technique est e fficace uniquement si les objets à étudier sont suffi samment absorbants. C'est pour cela qu'on peut détecter une lésion osseuse avec une radiographie, mais pas une lésion ligamentaire. Toutefois, l'imagerie par contraste de phase peut permettre de surmonter cette limite. Depuis les années 2000, s'appuyant sur des travaux similaires en optique visible, les scientifi ques des rayons X essayent de mettre au point des dispositifs sensibles au contraste de phase et compatibles avec des applications industrielles comme l'imagerie médicale ou le contrôle non destructif. Néanmoins, les architectures classiques des interféromètres sont très diffi ciles à mettre en place dans les rayons X durs, et sont trop contraignantes pour être transférables vers l'industrie. C'est pourquoi des dispositifs utilisant des réseaux de diff raction ont été les plus développés. Ils ont permis d'obtenir les premières images de radiographie par contraste de phase sur des humains vivants. Mais les architectures proposées aujourd'hui utilisent plusieurs réseaux et son contraignantes pour les industriels. C'est pourquoi j'ai développé au cours de ma thèse un système n'utilisant qu'un unique réseau de phase. J'ai montré qu'un tel dispositif peut générer des interférogrammes achromatiques et invariants par propagation. Ce dispositif a permis d'effectuer des mesures de contraste de phase quantitatives sur un fossile biologique, ainsi que des mesures métrologiques sur des miroirs plans adaptés aux rayons X.