Three-dimensional multiphoton imaging of biological tissues with shaped pulses
Imagerie tridimensionnelle multiphotonique des tissus biologiques à l'aide d'impulsions façonnées
Résumé
This thesis presents the application of ultrashort pulses in the context of multiphoton microscopy and quantum optics. We will first introduce some pulse shaping techniques and we will detail in particular the operation and the characterization of our pulse shaping apparatus. We will study an optically addressed diffractive 2D phase mask, allowing both spectral and phase shaping. Then, we will see how pulse shaping can be an effective tool providing tunable selective fluorophore excitation in two-photon microscopy. Thus, we will present an experiment of coherent control of the 2-photon absorption in a developing drosophila embryo. Afterwards, we will describe a prism-based pulse shaping scheme in conjunction with a time-multiplexing approach of the pulses that allowed the simultaneous acquisition of multiple fluorophores. Ultimately, we will present the application of ultrashort pulses to measure time and dispersion at the standard quantum limit. In particular we will detail theoretically and experimentally a new pulse shaping scheme based on birefringent materials in order to produce the temporal derivative of the electric field or the temporal derivative of its envelope.
Cette thèse présente l'utilisation d'impulsions ultracourtes pour des expériences de microscopie non-linéaire et d'optique quantique. Dans un premier temps, nous exposerons plusieurs techniques de façonnage d'impulsions et nous détaillerons en particulier le fonctionnement et la caractérisation de notre dispositif de façonnage. Nous étudierons l'utilisation d'un masque de phase 2D diffractif adressé optiquement qui permet un façonnage à la fois en phase et en amplitude spectrale. Par la suite, nous verrons comment le façonnage d'impulsions ultra-courtes peut être un outil efficace pour sélectionner les fluorophores excités en microscopie à deux photons. Pour cela, nous présenterons une expérience de contrôle cohérent de l'absorption à deux photons dans un embryon de drosophile vivant avec notre système de façonnage programmable. Ensuite nous décrirons un schéma de façonnage simplifié à base de prismes, qui, conjointement avec une approche de multiplexage temporel des impulsions, permet d'imager simultanément plusieurs fluorophores. Enfin, nous discuterons l'utilisation d'impulsions ultracourtes pour des expériences de mesures de temps et de dispersion à la limite quantique. Nous détaillerons en particulier une étude théorique et expérimentale d'un système de façonnage original à base de matériaux biréfringents pour produire la dérivée temporelle d'un champ électrique ou bien la dérivée temporelle de son enveloppe.
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