– NLO-shaping

Ce projet propose, dans le groupe Mosaic de l'Institut Fresnel (Marseille), le développement d'une technique de microscopie non-linéaire basée sur le contrôle cohérent de la phase et de la polarisation spectrales de l'excitation optique. Cette technique sera destinée à l'observation de la dynamique d'ordres orientationnels locaux dans des échantillons moléculaires et bio-moléculaires, depuis les systèmes organiques cristallins bien ordonnées jusqu'à la cellule vivante. L'objectif de ce travail est de répondre au besoin d'une connaissance plus approfondie des arrangements moléculaires dans des processus ou ceux ci jouent un rôle important, comme dans la dynamique de formation des cristaux ou dans les caractéristiques des domaines lipidiques ordonnés des membranes qui contribuent à la reconnaissance cellulaire. - Cette expérience sera basée essentiellement sur des phénomènes cohérents d'excitation à deux photons (génération de seconde harmonique : SHG) ou a trois photons (diffusion cohérente Raman anti-stokes : CARS), essentiellement choisis pour la complémentarité d'informations apportée sur les systèmes moléculaires étudiés. Ces phénomènes sont également bien maîtrisés dans l'équipe responsable de ce projet, par l'expérience acquise lors de mes précédents travaux en SHG et par l'expertise du groupe Mosaic en CARS. - L'originalité de cette expérience est de combiner des avancées récentes d'une part en microscopie multiphotonique, et d'autre part en contrôle cohérent. En particulier, il est reconnu qu'une mesure polarimétrique des réponses non-linéaires est riche d'information sur l'organisation moléculaire, et que le profil spectral en phase d'une impulsion courte peut d'influencer grandement l'efficacité de processus non-linéaires. - Dans cette expérience nous bénéficions d'une excitation de systèmes moléculaires par des impulsions larges spectralement (~120nm) provenant d'un laser ultra-court (10fs). Le contrôle cohérent reposera sur une maîtrise du profil spectral des impulsions, en phase et en polarisation, au moyen d'un modulateur spatial de lumière après dispersion spectrale. Cette mise en forme permet (i) d'optimiser au mieux les chemins d'excitations des molécules par des interférences multiphotoniques intra-impulsions constructives, et (ii) de profiter d'une mise en forme en polarisation de l'excitation pour une lecture directe, locale et en temps réel, de distributions orientationelles moléculaires complexes. - Les échantillons étudiés seront basés sur des systèmes de symétrie simple comme les cristaux, puis plus complexes comme les monocouches moléculaires et les bicouches lipidiques. Ces structures seront dopées avec des molécules actives définies en collaboration avec des chimistes de l'ENS Lyon. Enfin le dernier volet du projet concerne la mise en application de cette imagerie dans les milieux cellulaires avec l'étude de la dynamique des ordres moléculaires dans les domaines lipidiques membranaires. Cette dernière partie sera développée en collaboration avec le Centre d'Immunologie de Marseille Luminy (CIML). - ...