Acousto-optical imaging of thick diffusing media by photorefractive detection

Imagerie acousto-optique de milieux diffusants épais par détection photoréfractive

Max Lesaffre (1, 2)

1 IL - Institut Langevin - Ondes et Images (UMR7587)
2 LKB (Lhomond) - Laboratoire Kastler Brossel

Using conventionnal optical imaging techniques does not allow to image a thick scattering medium because of the weakness of the ballistic transmitted photons. Acousto-optical imaging of the scattered light enables to get images of the local optical absorption with a millimetric transversal resolution. It is based on a focused acoustical beam, which generates a modulation of the phase of the scattered field thanks to the acousto-optical interaction. Coherent detections of the acousto-optical signal are often limited by the weakness of their optical etendue or of their bandwidth. Our setup is based on a heterodyne photorefractive detection through a dynamical holography at 1064nm built within a bulk GaAs photorefractive crystal. This technique allows to get both a good optical etendue and a bandwith compatible with the decorrelation of the biological media. Besides so as to get a millimetric resolution along the ultrasonic propagation axis, we have developped a technique of random phase modulation of both the acoustical and optical beams which creates a zone of controlled temporal coherence within the scattering medium. The implementation of these techniques enabled to image tissues-like phantoms of 3cm depth with millimetric resolutions.

Imager un milieu diffusant épais par voie optique interdit l'utilisation des techniques d'imagerie optique conventionnelles du fait de la faiblesse du signal balistique. L'imagerie acousto-optique de la lumière diffusée permet d'obtenir une imagerie de l'absorption optique locale avec une résolution transverse millimétrique. Elle s'appuie sur un faisceau acoustique focalisé qui engendre par interaction acousto-optique une modulation de la phase du champ lumineux diffusé. Les détections cohérentes du signal optique modulé acoustiquement se trouvent cependant souvent limitées par la faiblesse de leur étendue optique ou de leur bande passante. Notre expérimentation s'appuie sur une détection photoréfractive hétérodyne reposant sur une holographie dynamique à 1064nm construite autour d'un cristal photoréfractif massif d'Arsenure de Gallium, pour pallier à ces deux limitations. Par ailleurs, pour obtenir une résolution millimétrique selon l'axe de propagation ultrasonore, nous avons développé une technique de modulation aléatoire de phase du faisceau acoustique et du faisceau lumineux qui crée une zone de cohérence temporelle contrôlée au sein même du milieu diffusant. La mise en oeuvre de ces techniques ont permis d'imager avec des résolutions millimétriques des échantillons diffusants de caractéristiques proches des tissus biologiques sur une épaisseur de 3cm.

Mots clés: acousto-optic imaging; turbid media; photorefractive

Mots clés: imagerie acousto-optique; milieu diffusant; photoréfractif

Domaines: Optique [physics.optics]

Max Lesaffre. Imagerie acousto-optique de milieux diffusants épais par détection photoréfractive. Optique [physics.optics]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00556664⟩