Imagerie Cohérente de Lumière Multi-diffusée – ICLM

Le projet (ICLM) « Imagerie Cohérente de Lumière Multidiffusée » a pour objectif d’étudier la propagation de la lumière à travers des milieux diffusants par des techniques originales de détection interférentielle cohérente, avec comme but de l'appliquer aux milieux biologiques. Ceci impose de travailler dans la fenêtre spectrale 650-1100nm pour réduire les effets d’absorption. On peut extraire l'information du champ complexe en sortie du milieu par interférences avec un faisceau référence externe (mélange à deux ondes), et accéder à une localisation spatiale millimétrique si l’on couple la lumière avec une onde ultrasonore dans le milieu diffusant (effet acousto-optique). On peut également engendrer par mélange à trois ondes un faisceau conjugué de phase qui, traversant le milieu en sens inverse, restitue le faisceau d’entrée (onde plane) avec les informations cumulées d’absorptions locales (phénomène de conjugaison de phase).

Se pose cependant le problème de la collection efficace de ces photons multidiffusés, critique en terme de flux lumineux, car l’étendue optique du champ de sortie (speckle) est importante si le milieu diffusant est épais. De plus, comme c’est le cas pour les milieux vivants, ce speckle n’est pas stable dans le temps suite aux mouvements internes, et donc la détection cohérente doit être effectuée sur un temps relativement bref (milliseconde).

L’ambition de ce projet est triple, puisque nous souhaitons :
1 - Réaliser une imagerie acousto-optique performante et l’appliquer à des milieux biologiques avec une résolution millimétrique, afin par exemple d’effectuer le suivi d’un traitement local par hyperthermie ultrasonore.
2 - Comprendre et modéliser la rétro-propagation dans le milieu suite au phénomène de conjugaison de phase.
3 - Contrôler la structure spatiale du front d'onde pour optimiser la propagation dans le milieu.

En mélange à deux ondes, nous utiliserons une holographie numérique hétérodyne hors-axe pour mesurer sélectivement les photons qui ont traversé le champ des ultrasons, mais également une holographie adaptative de front d'onde avec des matériaux photosensibles originaux à 800 et 1064nm (photoréfractifs, milieux à gain), zone spectrale mieux adaptée aux milieux biologiques. Nous évaluerons également un nouveau type de détection, basée sur le phénomène de « holeburning spectral ».

Le phénomène de conjugaison de phase sera engendré en temps réel (source picoseconde) par amplification paramétrique, en réalisant un mélange à trois ondes dans un cristal non-linéaire, ou bien en utilisant les matériaux photosensibles également utilisés en mélange à deux ondes.

Le contrôle actif du front d'onde transmis à travers le milieu sera envisagé avec des modulateurs spatiaux de lumière afin d'étudier les propriétés de conjugaison de phase, mais aussi de tester l'existence des "Chemins Ouverts" de Pendry dans le milieu.