Amplification paramétrique d'images de très faible niveau - Application à l'imagerie de temps de vie de fluorescence - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Parametric amplification of weak images - Application to fluorescence lifetime imaging

Amplification paramétrique d'images de très faible niveau - Application à l'imagerie de temps de vie de fluorescence

Résumé

This thesis dealt with an application of the ultra-fast optical temporal gating properties of parametric image amplification to fluorescence lifetime imaging. We have proposed a method which associates each pixel of an image to a lifetime without scanning the sample. The objective of this work was to resolve different lifetimes on the same image in the nano to picosecond time scale. The first part shown that a weak image of dye fluorescence can be retrieved with a good signal to noise ratio, despite of the presence of noise in amplified images due to the amplification of quantum noise (Spontaneous Parametric Down Conversion). We have also shown that this noise (SPDC) can be used to achieve 2D radiance map directly expressed in photons per spatio temporal mode. Radiance images of incoherent signals with 10-2 photon per mode have been resolved. The second part of this work was devoted to fluorescence lifetime imaging. We use here parametric interaction in picosecond pulsed regime to perform a temporal sampling of the fluorescence signal. In this case, the optical temporal gate is achieved by detecting only the idler wave. Indeed, only the part of the signal synchronized with the pump pulse is amplified and duplicated on the idler channel. Hence, the detection of the idler wave and the rejection of the signal allow gating of the signal with a time gate duration given by the pump pulse duration (down to 1 ps). Images of different lifetimes have been obtained on the picosecond time scale with liquid and solid samples (dye molecules in PMMA). Moreover, we have observed very weak variations of the lifetime (few ps) according to the chemical environment of the fluorophore.
Cette thèse porte sur une application des propriétés de porte optique temporelle de l'amplification paramétrique à l'imagerie de temps de vie de fluorescence. Nous proposons une méthode qui permet d'associer à chaque pixel d'une image un temps de déclin sans scanner l'échantillon. L'objectif étant de résoudre sur la même image différents temps de vie dans une gamme allant de la nano à la picoseconde. Dans un premier temps, nous avons montré qu'il était possible de détecter des images de fluorescence de faible niveau amplifiées, avec un bon rapport signal à bruit malgré la présence de bruit dans les images liée à l'amplification du bruit quantique (SPDC). Nous avons également montré que ce bruit permettait d'obtenir une cartographie de la luminance d'une source incohérente directement exprimée en nombre de photons par mode spatio-temporel. La deuxième partie de ces travaux visait l'application à l'imagerie de temps de vie de fluorescence. Nous utilisons ici l'interaction paramétrique en régime impulsionnel pour échantillonner un signal de fluorescence dans le temps. La fonction de porte optique temporelle est dans ce cas assurée par la détection de l'onde idler seule qui est, d'un point de vue temporel, la réplique de la partie du signal synchrone avec la pompe. La résolution temporelle est alors fixée par la durée de l'impulsion pompe (jusqu'à 1 ps). Des images d'échantillons liquides ou solides (fluorophores et PMMA) sont obtenues avec des temps de vie de quelques dizaines de picosecondes. De plus, nous avons montré qu'il était possible de détecter de très faibles variations (de quelques ps) du temps de déclin d'un même fluorophore suivant son environnement chimique.
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Dates et versions

tel-00839501 , version 1 (28-06-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00839501 , version 1

Citer

Sophie Brustlein. Amplification paramétrique d'images de très faible niveau - Application à l'imagerie de temps de vie de fluorescence. Optique / photonique. Université de Franche-Comté, 2005. Français. ⟨NNT : 1129⟩. ⟨tel-00839501⟩
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